CC BY
199
УДК [543.3:613.31 ](282.247.13)
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД УСТЬЕВОГО УЧАСТКА СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ
© 2008 г. И. О. Кляцкая, А. Б. Гудков, И. И. Бобун
Северный государственный медицинский университет, г. Архангельск
В настоящее время в Архангельской области, и в частности в г. Архангельске, сохраняется неудовлетворительное положение в отношении качества питьевой воды [2, 3, 7]. Во многом это обусловлено тем, что основным источником питьевого водоснабжения города является устьевой участок Северной Двины. Известно, что состав поверхностных вод формируется под воздействием как физико-географических условий, так и антропогенной деятельности. На протяжении многих десятков лет акватория Северной Двины служит местом утилизации загрязняющих веществ, поступающих в водный объект в результате производственной и хозяйственной деятельности населения [1, 2, 3].
Преобладающую долю в использовании водных ресурсов составляют лесозаготовительная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность и гидролизное производство (более 80 % от общего использования водных ресурсов) [4, 5, 6]. Источниками самых больших в области сбросов сточных вод являются Архангельский (г. Новодвинск)
— 32 % и Котласский (г. Коряжма) — 48 % целлюлозно-бумажные комбинаты [ 18]. Значительный вклад в уровень загрязнения реки вносят хозяйственно-бытовые и ливневые стоки с территорий населенных мест и ряда объектов сельского хозяйства. Сброс больших количеств органических и взвешенных частиц оказывает мощное воздействие на водную экосистему.
Местоположение створа городского водозабора г. Архангельска расположено в зоне водоотведения городских хозяйственно-бытовых, ливневых и производственных объектов, что не исключает их негативного влияния на состав воды источника централизованного водоснабжения города.
Возможности использования Северной Двины как источника питьевого водоснабжения были исчерпаны уже в 80-х годах XX века. Концептуальным изменением создавшейся ситуации в области может стать использование подземных пресных вод. Но поскольку освоение и использование для питьевых целей разведанных эксплуатационных запасов подземных вод существенно отстает от потребностей населения, в настоящее время и на ближайшую перспективу основным источником водоснабжения населения области и г. Архангельска продолжают оставаться поверхностные воды Северной Двины и ее притоков.
Принимая во внимание, что качество питьевой воды при централизованном водоснабжении зависит от трех основных факторов: качества воды в источнике, технологии водоподготовки и состояния водопроводной сети, в настоящей работе рассмотрено первое звено цепи — сезонные изменения поверхностных вод устьевого участка Северной Двины по некоторым показателям качества и биологические свойства речной воды.
Выявлены сезонные изменения качества воды Северной Двины по основным санитарно-гигиеническим показателям. Оценка речной воды при помощи интегрального теста на общее биотоксическое действие с использованием культуры ткани почки лабораторных животных показала, что ее соответствие санитарно-гигиеническим требованиям нормативных документов не может гарантировать ее безопасность в отношении влияния на биологические структуры.
Ключевые слова: речная вода, сезонные изменения, культура ткани, токсическое действие.
В общей системе санитарно-токсикологической экспертизы воды была показана возможность оценки ее биотоксичности с применением методов биотестирования, а именно методов культуры ткани и культуры клеток животных [10, 12, 25].
Материалы и методы исследования
Исследовалась речная вода (р. Северная Двина) с 01.03.2005 по 01.03.2007 года по 4 периодам года: весеннему, летнему, осеннему и зимниму. Отбор проб воды для экспериментального исследования (биотестирования) осуществлялся в течение 12 месяцев, с марта 2006 по февраль 2007 года включительно.
Объектами исследования являлись:
1. Пробы речной воды из точки городского водозабора Архангельска (на расстоянии 130 м от береговой линии на глубине 15 м) — после насосов первого подъема (проба 1 — опыт);
2. Протоколы лабораторных исследований лабораторно-производственного контроля качества воды Архангельска с 01.03.2005 по 01.03.2007 года ежедневно.
3. Дистиллированная вода (проба 2 — контроль).
Для биотестирования пробы воды получали с центральных очистных сооружений (ЦОС) Архангельска МУП «Водоканал», которые отбирались ежемесячно в объеме 500 мл. Материал доставлялся в лабораторию без предварительной обработки и добавления консерванта. Подготовка емкостей для отбора проб и временное хранение полученных образцов воды выполнялись в соответствии с методическими указаниями [9]. Дистиллированную воду получали из вирусологической лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Архангельской области».
Результаты проведенного экспериментального исследования сопоставлялись с результатами санитарно-гигиенических исследований лабораторно-производственного контроля качества воды, выполненного лабораторией Водоканала и ЦОС Архангельска.
Для оценки биотоксичности воды водоисточника в качестве тест-системы нами использовался метод культуры ткани без плазмы [21, 23, 25, 30, 31, 32] в оригинальной модификации В. П. Пащенко [21]. метод применяется как для изучения действия физических факторов, так и для оценки общей токсичности медико-биологической продукции [20, 22, 32].
метод основан на способности культуры образовывать колонии с типичными для культивируемой ткани морфологическими характеристиками при воздействии тестируемых веществ, содержащихся в питательной среде. Критерием токсического действия является изменение показателей тест-объекта по сравнению с контролем. В качестве контроля использовалась дистиллированная вода.
Исследование с применением культуры ткани почки (in vitro) выполнялось в условиях острого опыта на 120 здоровых лабораторных животных. Для эксперимента отбирались особи одного пола (беспородные
мыши-самцы) с исходной массой 15—18 г. На каждую серию опыта отбирали по 10 особей. В эксперименте было проанализировано 4 800 микрофрагментов культуры ткани почки.
Исследование с использованием экспериментальных животных выполнялось в соответствие с Приказом Минздрава СССР № 755 от 12.08.1977 года, международных рекомендаций и этического кодекса ВОЗ [15, 17, 19].
Питательная среда для культивирования включала 10-кратную среду для культуры ткани № 199 (10 %), сыворотку крупного рогатого скота (10 %), испытуемую пробу воды (80 %), пенициллин и стрептомицин (по 100 ЕД/мл). Культивирование проводилось в пробирках с 1 мл среды, куда помещали подложку с эксплантатами (фильтр МШіроге, перфорированная полиэтиленовая пленка) и инкубировали в течение 6 суток при температуре 37 0С. Подложки с культурами фиксировали в смеси Буэна, окрашивали гематоксилином Караци, подкрашивали раствором эозина и заливали бальзамом. В полученных препаратах определяли степень жизнеспособности культур и площадь сформировавшейся клеточной колонии. для измерений использовались светооптический микроскоп «Биомед-1» с рисовальной насадкой (РА-7У 4.2 Ломо) при увеличении х 200 и программа для измерения площади Sguirt 1.08.
В качестве интегрального показателя комплексного биологического действия речной воды был использован критерий биотоксичности. Биологическое действие оценивали по количественным индикаторам: индуцированной гибели (выживаемости) микрофрагментов культуры ткани и площади сформировавшегося клеточного слоя. Учитывали такие характеристики, как целостность монослоя, степень его разряжения, характер расположения клеточных элементов. Фактические результаты переводили в безразмерные величины (проценты и баллы). Поскольку контроль являлся эталоном по отношению к опыту, значения контрольной группы были приняты за 100 %. Результаты определения площади клеточных колоний представляли в мм2. Степень изменений оценивали при помощи балльной системы: дегенерация эксплантатов до 25 % оценивалась в 1 балл, гибель 50 % эксплантатов — в 2, 75 % — в 3, гибель большего числа эксплантатов — в 4 балла [25].
Статистические расчеты полученного материала выполнялись с помощью пакета прикладного статистического анализа SPSS версия 11.0, проверка распределения данных в выборке — при помощи программы Вїозіаі 3.03. Поскольку характер распределения отличался от нормального, использовались непараметрические методы анализа. Межгрупповые различия (р) для количественных переменных оценивались с использованием критерия Уилкоксона (W), для биномиальных переменных — по критерию хи-квадрат (х2). При описании данных указывали медиану (Md) и перцентили (25 % и 75 %). Для вы-
явления связей между показателями биотестирования и санитарно-гигиеническими параметрами качества воды вычислялся коэффициент корреляции рангов Спирмена (г ). Принимая во внимание проблему множественных сравнений, из показателей выбирали наиболее значимые. Выбор переменных для корреляционного анализа выполняли по результатам бивари-антного сравнения (графический метод). Критический уровень значимости принимали за 5 %.
Результаты исследования и их обсуждение
Характерной особенностью воды открытых и особенно проточных водоемов является изменение ее качественного состава по сезонам года. Для выявления сезонных изменений был применен метод укрупнения интервалов: ежемесячные уровни объединяли в квартальные. Изменения качества воды оценивали по динамике отклонений от «группы сравнения», за которую был принят зимний сезон года как наименее благоприятный в санитарно-гигиеническом отношении за исследуемый период.
Согласно технологическому регламенту [29] на протяжении года воды Северной Двины характеризуются высокой цветностью — до 200 градусов. Исходя из того, что данный источник водоснабжения относится к первой категории водопользования и второму классу, в соответствии с ГОСТ 2761-84 [11] величина цветности вод должна быть не более 120 градусов.
При анализе полученных результатов были выявлены значительные изменения контролируемых санитарно-гигиенических показателей в различные сезоны года (табл. 1).
По показателю цветности наибольшие значения регистрировались в зимний период года, а наименьшие
— в весенний. Несмотря на наименьшее среднее значение в годовом цикле весной, диапазон колебаний в этот период достигал наиболее значительных величин: от 30 до 115 мг/л. Некоторое повышение цветности отмечено летом, а к осени наблюдалась тенденция к снижению величины показателя относительно уровня в зимний период (рис. 1). Осенью и особенно весной значения цветности были почти в два раза меньше, чем в зимний сезон года, что, вероятно, объясняется выпадением значительного количества осадков и периодом снеготаяния. При сравнении каждого последующего сезона с предыдущим статистически значимые различия по показателю наблюдались только в весенний период (р < 0,001). При сравнении с уровнем зимнего периода статистически значимые различия по данному показателю выявлены для всех последующих сезонов.
Выявленные изменения, по-видимому, обусловлены весенним и аномальным осенним паводком за анализируемый временной период.
Известно, что показателем цветности воды выражено влияние как соединений природного характера, так и веществ, попавших со сточными водами [ 13, 14]. Привнесенные вещества могут окрасить воду в любой цвет в зависимости от химической природы красителя. К веществам природного происхождения относятся вымываемые из почвы растительные продукты почвенного гумуса и гидраты окиси железа. химическая природа гумусовых веществ характеризуется сложностью строения, разнообразием и динамичным составом.
Сезонные изменения некоторых санитарно-гигиенических показателей качества воды реки Северной Двины
Md (25 %; 75 %)
Таблица 1
Показатель Зима Весна Лето Осень
Цветность, градусы 100,00 (80,00; 123,72) 45,00 (30,00; 114,75) р<0,0011 65,00(45,00; 95,70) р=0,278‘; р <0,0012 54,60 (41,99; 125,00) р = 0,2311; р<0,0012
Мутность, мг/л 1,46 (1,19; 2,29) 1,70 (1,33; 6,33) р<0,0011 2,53 (1,99; 2,93) р=0,0201; р <0,0012 2,25 (1,78; 2,73) р = 0,0211; р<0,0012
Окисляемость перманганатная, гл / 3 мг О2/дм3 19,00 (16,00; 25,32) 10,46 (7,72; 21,30) р<0,0011 14,78 (11,20; 19,07) р=0,0251; р <0,0012 11,86 (9,10; 21,16) р = 0,5681; р<0,0012
Щелочность, мг-экв/л 1,90 (1,30; 2,66) 3,05 (0,80; 3,40) р=0,007‘ 1,90 (1,43; 2,28) р<0,000; р=0,001 2,42 (1,60; 2,65) р<0,0011; р<0,0012
ХПК, мг О2/ дм3 37,00 (28,87; 46,60) 33,20 (22,27; 39,47) р=0,1101 29,70 (25,75; 41,90) р=0,8811; р = 0,0552 29,20 (23,57; 48,87) р = 0,1871; р=0,3682
Кальций, мг/ 44,00 (28,00; 63,00) 62,50 (18,25; 74,50) р = 0,5311 43.50 (28,75; 48,50) р = 0,0361; р=0,0252 52,00 (34,00; 54,00) р = 0,346‘; р=0,4162
ОМЧ, КОЕ в 1 мл 13,00 (7,00; 26,00) 29,00 (20,00; 48,00) р<0,0011 26,00 (15,00; 67,00) р=0,625‘; р <0,0012 27,00 (14,00; 49,00) р=0,7001; р<0,0012
Алюминий, мг/л 0,08 (0,05; 0,09) 0,06 (0,04; 0,09) р=0,043 1 0,08 (0,06; 0,09) р = 0,0331; р=0,6052 0,08 (0,06; 0,09) р = 0,2442 р=0,6012
Водородный показатель, ед. рН 7,43 (7,36; 7,52) 7,32 (7,28; 7,37) р<0,0011 7,81 (7,56; 7,88) р<0,0011; р<0,0012 7,93 (7,62; 8,03) р<0,0011; р<0,0012
Лигносульфонат натрия, мг/л 1,03 (0,00; 1,27) 1,31 (0,00; 1,56) р = 0,0011 1,13 (0,00; 1,48) р = 0,0561; р=0,4722 0,00 (0,00; 1,14) р<0,0011; р<0,0012
Фтор, мг/л 0,21 (0,14; 0,31) 0,20 (0,17; 0,22) р = 0,1781 0,17 (0.15; 0,22) р=0,303‘; р = 0,1912 0,19 (0,17; 0,22) р=0,351; р=0,2272
ОКБ, КОЕ в 1 мл 460,00 (240,00; 1100,00) 460,00 (240,00; 1100,00) р=0,926‘ 240,00 (230,00; 460,00) р<0,0011; р<0,0012 430,00 (240,00; 930,00) р = 0,0011; р=0,0882
Примечания: уровень статистической значимости различий: 1 — по сравнению с предыдущим сезоном, сезоном года; различия значимы при р < 0,01 (поправка Бонферрони).
по сравнению с зимним
Рис. 1. Сезонная изменчивость цветности (Md, %) поверхностных вод Северной Двины
Примечания: за 100 % принят уровень зимнего сезона года; цифрой обозначены различия к уровню зимнего сезона, звездочкой - к уровню предыдущего сезона; ***, 3 - р < 0,001; различия значимы при р < 0,01 (критерий Уилкоксона).
Гумусовые кислоты объединяют группу гуминовых, ульминовых и фульвокислот, которые нередко составляют значительную долю органического вещества природных вод и представляют собой сложные смеси биохимически устойчивых высокомолекулярных органических соединений. Гумусовые кислоты в значительной степени влияют на органолептические свойства воды, придавая ей неприятный привкус, запах, затрудняют водоподготовку и ускоряют коррозию металлов. Помимо этого они оказывают влияние на состояние и устойчивость карбонатной системы, ионные и фазовые равновесия и распределение миграционных форм микроэлементов. Повышенное содержание гумусовых кислот может отрицательно влиять на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в водоеме, расходующегося на их окисление. В то же время при разложении гумусовых кислот образуется значительное количество ценных для водных организмов продуктов, а их органоминеральные комплексы представляют наиболее легко усваиваемую форму питания растений микроэлементами [16].
На протяжении анализируемого периода выявленные в зимний и осенний сезоны превышения рекомендуемой нормативной величины по показателю цветности в районе водозабора Архангельского горводопровода составляли более 120 градусов по максимальным значениям.
Оперативно оценить наличие в воде легкоокисляе-мых веществ, как правило, органических загрязнений, таких как сульфиды, нитриты и некоторые гуминовые вещества, позволяет определение величины перман-ганатной окисляемости.
Из приведенных данных (см. табл. 1) следует, что наибольшие значения по перманганатной окисляемос-ти регистрировались зимой, а наименьшие - весной, они были почти в два раза меньше уровня зимнего периода. В годовом цикле прослеживалась заметная тенденция к снижению окисляемости в осенний сезон (рис. 2). Выявлены статистически значимые отличия уровня окисляемости в весенний, летний и осенний сезоны по сравнению с зимним периодом (р < 0,001). Поскольку с весеннего по осенний период значимых различий не показано, это позволяет предположить более или менее постоянный (одинаковый) уровень окисляемости в охарактеризованный период.
20,00 -I
Зима Весна Лето Осень
Рис. 2. Сезонная изменчивость перманганатной окисляемости (Md, %) поверхностных вод Северной Двины
Примечания: за 100 % принят уровень зимнего сезона года; цифрой внизу обозначены различия к уровню зимнего сезона; 3 — р < 0,001; различия значимы при р < 0,01 (критерий Уилкоксона).
Более ранними исследованиями [28] установлено, что низкая окисляемость (5,6—8,8 мг О2/дм3) наблюдалась перед вскрытием реки, а с повышением уровня воды возрастала до 20,0—28,4 мг О2/дм3. В период больших осенних дождевых паводков величина окисляемости составляла 30,2 мг О2/дм3, летом падала до 12—16 мг О2/дм3.
Исследованиями за 1976—1980 годы [28] показано, что величина перманганатной окисляемости северодвинской воды находилась в пределах от 26,50 до 35,00 мг О2/дм3.
Согласно санитарно-гигиеническим требованиям [11] величина перманганатной окисляемости поверхностных источников допускается не более 15 мг О2/дм3. Превышение величины, вероятно, обусловлено присутствием в водах веществ растительного происхождения типа гумусовых соединений. Сочетание высокой окисляемости с большой цветностью достаточно характерно для вод лесисто-болотистого происхождения, к которым относятся воды Северной Двины. Высокие же значения окисляемости при малой цветности, как правило, свидетельствуют о попадании стоков хозяйственно-бытового или промышленного происхождения.
Необходимо отметить повышенный уровень показателя химическое потребление кислорода (бихроматная окисляемость, ХПК) на протяжении анализируемого периода. Согласно санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к водоисточникам питьевого и хозяйственно-бытового назначения первой категории водопользования и второго класса [11, 27], к которым относятся воды Северной Двины, ХПК не должно превышать 15 мг О2/дм3.
Для большинства природных или сточных вод перманганатная окисляемость меньше ХПК [ 14], что согласуется с полученными нами данными. Анализ данных выявил, что наибольшая концентрация органических соединений по ХПК была в зимний сезон года, наименьшая — в летний и осенний (рис. 3). При наличии некоторых сезонных различий в годовом цикле статистически значимых изменений по ХПК не прослеживалось по сравнению как с предыдущим сезоном, так и с зимним. Полученный результат позволяет говорить о достаточно стабильном повышенном
уровне ХПК, не подверженном влиянию сезонных условий в рассматриваемый период.
В соответствии с эколого-санитарной классификацией [цит. по 4] воды Северной Двины по показателю ХПК можно отнести в разряд «загрязненных» (ХПК более 25 мг 02) и «сильно загрязненных» (ХПК в диапазоне 41 — 60 мг 02).
Установлено, что на протяжении всего года качество воды Северной Двины характеризуется малой мутностью (1 — 10 мг/л), исключение составляют паводковые периоды, когда мутность может достигать 140 мг/л [29]. Анализ данных за период с марта 2005 по март 2007 года по показателю мутности исходной (речной) воды выявил некоторые сезонные изменения. За рассмотренный отрезок времени наибольшие величины регистрировались в летний и осенний периоды, наименьшие — в зимний (см. табл. 1). в весенний период состав исходной воды отличался наибольшей изменчивостью, что характеризовалось достаточно широким диапазоном колебаний: от 1,33 до 6,33 мг/л. В весенний, летний и осенний сезоны года уровень мутности значимо (р < 0,001) превышал величины зимнего сезона и в среднем составил 1,56 раза. Поскольку существует прямая связь между повышенной мутностью и эффективностью очистки [8], величину мутности исходной воды необходимо учитывать для определения оптимального режима водоподготовки. При недостаточной мутности значительно снижается эффективность процесса коагуляции и последующих этапов кондиционирования и обеззараживания воды.
Важное практическое значение для эффективного процесса коагулирования и достижения необходимого качества очищенной воды имеет величина щелочности исходной воды. Для холодных цветных вод Северной Двины щелочной резерв считается достаточным при величине не менее 1,0 мг-экв/л.
Анализ средних величин щелочности по сравнению с зимним сезоном (см. табл. 1) выявил статистически значимые различия весной (р = 0,007), летом (р =
0,001) и осенью (р < 0,001). Значимое повышение уровня щелочности по сравнению с предыдущим сезоном наблюдалось весной (р = 0,007), летом (р < 0,001) и осенью (р = 0,001) в среднем ее уровень в 1,2 раза превышал величину зимнего периода.
относительно пониженные значения щелочности отмечены зимой и летом.
Более сложными в этом отношении были зимний и летний сезоны. Ниже принятого достаточного уровня, при высоком среднем значении (Md = 3,05), щелочность опускалась только весной и характеризовалась наибольшей вариацией: 25 % — 0,80; 75 % - 3,40.
Важным показателем чистоты и свойств воды является водородный показатель (рН). Согласно требованиям ГОСТ 2761-84 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и СанПиН 2.1.5980-00 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения» [9, 11, 27] колебания значений водородного показателя не должны выходить за пределы 6,5-8,5. Значительные и резкие отклонения рН от обычных величин указывают на нарушение стабильности исходной воды и возможное ее загрязнение вследствие попадания промышленных и бытовых сточных вод.
Анализ данных в динамике по показателю рН в годовом цикле выявил, что его величина значимо отличалась от уровней как предыдущего сезона года, так и зимнего периода (см. табл. 1). Пониженные значения рН были выявлены в летний и зимний периоды. Низкие уровни рН неблагоприятно влияют на процесс очистки воды, снижая эффективность процесса коагулирования и, как следствие, последующих этапов водоподготовки. Наибольшие значения отмечены осенью, в тот же сезон был наиболее широким и диапазон колебаний показателя. Тем не менее как внутрисе-зонная, так и межсезонная вариации величины рН не выходили за границы рекомендуемого диапазона.
Для санитарно-гигиенической оценки исходной воды немаловажен уровень алюминия. Природные воды могут содержать до 10 мл/дм3 этого элемента [13], преимущественно в виде плохо растворимых тонкодисперсных алюмосиликатов. При анализе данных по содержанию алюминия в воде Северной Двины можно констатировать, что статистически значимых различий по сравнению как с зимним сезоном, так и с предыдущим периодом не выявлено. Полученные результаты показывают, что за анализируемый отрезок времени содержание алюминия в речной воде не зависело от сезонных влияний. Вместе с этим следует отметить, что в весенний период концентрация алюминия характеризовалась наиболее непостоянным уровнем.
Существенную гигиеническую значимость имеет содержание фтора в исходной воде. Анализ наблюдений по содержанию фтора показал, что больший его уровень наблюдался в зимний и меньший - в летний период года. Предполагаемое влияние сезонных особенностей на уровень фтора было статистически не значимо по сравнению как с зимним сезоном, так и с предыдущим. В годовом цикле содержание фтора в исходной воде составляло в среднем от 0,17 до 0,21 мг/л.
Поскольку предусмотрена периодичность исследо-
Сезон года
Рис. 3. Сезонная изменчивость бихроматной окисляемости (М^ %) поверхностных вод Северной Двины
Примечание: за 100 % принят уровень зимнего сезона года.
вания фтора в питьевой воде только 4 раза в год [24], о предполагаемом его содержании судили по результатам лабораторных исследований (4-5 раз в месяц) исходной воды. Таким образом, осредненный годовой уровень фторид-иона в речной воде составил 0,19 мг/л, с физиологических позиций очень низкий. Следует принять во внимание, что после осветления воды коагуляцией содержание фтора в ней снижается на 8-30 % [26].
Известно, что биологический эффект действия фтора на организм качественно различен в зависимости от его концентрации в питьевой воде. Физиологогигиеническое значение фторид-иона определяется прежде всего его влиянием на костную ткань, а также на сердечно-сосудистую систему, проявляющимся торможением процесса кальцификации крупных сосудов. Основным источником поступления фтора в организм является питьевая вода. Степень усвоения фтора из продуктов питания на 16-20 % ниже, чем степень усвоения из воды [26]. Рекомендуемый ВОЗ уровень содержания фтора в воде составляет 1,5 мг/л. В России в соответствие с требованиями ГОСТа 2874-73 «Вода питьевая» максимально допустимое содержание фтора в питьевой воде, в зависимости от климатического пояса, рекомендуется от 0,7 до 1,5 мг/л (по санитарно-токсикологическому признаку вредности). Для Архангельской области ПДК составляет 1,5 мг/л. Концентрация фторид-иона в природных водах может варьировать в достаточно широких пределах: от сотых долей до 5 мг/л в колодезных и до 12 мг/дм3 - в артезианских водах. В воде поверхностных источников его значительно меньше, чем в подземных: 0,04-0,30 мг/л [13]. За анализируемый временной период относительно повышенный уровень фтора в воде весной, по-видимому, был обусловлен его вымыванием при прохождении воды в толще земной коры, чему способствовал паводок. Кроме того, на увеличение подвижности фтора оказывают влияние повышенные значения рН. В значительной степени миграционная способность фтора в природных водах зависит от содержания в них ионов кальция, дающих с ионами фтора малорастворимое соединение.
При рассмотрении данных по содержанию кальция в исходной воде статистически значимых сезонных отличий не выявлено (см. табл. 1). Пониженное содержание кальция в воде выявлено в летний и зимний периоды. Значительное увеличение концентрации наблюдалось весной и осенью (превышала зимний уровень в 1,3 раза). Диапазон колебаний средних значений кальция в исходной воде от 43,5 до 65,5 мг/л.
По содержанию в воде лигносульфоната натрия (см. табл. 1) в период наблюдения отмечено превышение (до 1,3 ПДК) нормативных требований (1,0 мг/л). Наибольшие концентрации лигнина регистрировались весной, наименьшие - осенью. Из представленных данных видно, что при тенденции к некоторому снижению за счет пониженного осеннего уровня в годовом цикле содержание лигносульфоната натрия сохранялось на постоянном уровне. На про-
тяжении наблюдаемого периода содержание лигнина превышало рекомендуемые значения. Наиболее неблагополучным в этом отношении являлся весенний период года. Статистически значимые отличия данного показателя по сравнению с холодным периодом определялись только весной, а по сравнению с предыдущим сезоном — весной и осенью.
Что касается микробиологических исследований, то анализ эпидемической безопасности воды по показателю общее микробное число (ОМЧ) выявил, что на величину числа сапрофитных микроорганизмов в поверхностных водах оказывали влияние сезонные особенности. Наибольшие значения показателя регистрировались в весеннее-летний период года. Летом величина ОМЧ превышала зимние показатели в 2,3 раза. Из табл. 1 видно, что к летнему сезону прослеживалось постепенное увеличение ОМЧ в исходной воде, а осенью обозначилась тенденция к снижению показателя. При рассмотрении изменений в годовой динамике статистически значимые различия были выявлены только по сравнению с зимним сезоном. Годовой диапазон колебаний по средним значениям (Md) составил от 13 до 29 КОЕ в 1 мл.
Изучение биологических свойств исходной воды в опыте in vitro в культуре ткани (табл. 2) выявило, что ростовая среда, приготовленная на основе речной воды, оказывала выраженное повреждающее действие на развитие эксплантатов почки мыши в органотипической культуре ткани во все сезоны года. Биологическое действие характеризовалось выраженным угнетением жизнеспособности микрофрагментов, минимальными размерами площади зоны роста клеточного слоя.
Наибольшие различия величины тест-реакции, измеряемой по показателю выживаемости (выживаемость = опыт / контроль), между опытной и контрольной группой наблюдалось в зимний сезон года (0,11). Осредненный годовой показатель выживаемости составил 0,20.
Исследование показало, что уровень биологической опасности речной воды был наибольшим в зимний период года, наименьшим — весной и осенью. По-видимому, это может быть связано с повышенными концентрациями легкоокисляемых органических соединений (цветность, перманганатная окисляемость), ХПК и пониженными (по сравнению с теплыми сезонами года) уровнями щелочности и мутности, выявленными при анализе результатов лабораторнопроизводственного контроля качества.
По данным собственных исследований качества поверхностных вод Северной Двины в точке водозабора городского водопровода Архангельска выявлена прямая статистическая связь средней силы между цветностью и ХПК (rs = 0,76, n = 13; р = 0,002), цветностью и окисляемостью (rs = 0,85, n = 13; р <
0,001). Щелочность была обратно пропорционально связана с окисляемостью (rs = — 0,75, n = 13; р =
0,003) и с цветностью (rs = — 0,78, n = 13; р = 0,002).
Таблица 2
Сезонные изменения параметров биологического действия речной воды
Весна Лето Осень Зима
Показатель Опыт Контроль, Опыт Контроль Опыт Контроль Опыт Контроль
Выживаемость эксплантатов 0,30* 1 0,21* 1 0,20* 1 0,11* 1
Площадь колоний, мм2 Md (25%; 75%) 0,00 (0,00; 1,13)* 3,47 (1,94; 5,11) 0,00 (0,00; 0,00) 0; ,0 о" ОО со СО СМ, сэ 0,00 (0,00; 0,00) 1,71 (0,91; 2,66) 0,00 (0,00; 0,00) 1,04 (0,42; 2,03)
Примечание. * — вероятность обнаружения различий при критическом уровне значимости р < 0,01 (критерий х2 Пирсона).
Также наблюдалась статистическая связь между выживаемостью и ХПК (г5 = 0,65; п = 13; р = 0,015), выживаемостью и окисляемостью (г = 0,55; п = 13; р = 0,047). С учетом поправки на множественные сравнения принятого критического уровня значимости 5 % связи являлись статистически значимыми при уровне р < 0,012. Тем не менее нельзя отрицать и отсутствия корреляционных связей, поскольку при увеличении временного периода исследования связь вполне может математически подтвердиться.
Выводы
1. Качество поверхностных вод устьевого участка р. Северной Двины по большинству анализируемых показателей зависело от сезонных влияний в разной степени выраженности. Исключение составили только показатели содержания кальция, ХПК и фтора, величины которых не были подвержены изменениям. Наиболее лабильными являлись водородный показатель (рН) и щелочность речной воды. Цветность, мутность, окисляемость, а также общее микробное число значимо отличались только по сравнению с холодным периодом года (зима).
2. Ростовая среда, состоящая на 90 % из исследуемой исходной воды, обладала определенной биологической активностью, оказывая выраженное повреждающее действие в отношении культуры ткани почки мыши во все сезоны года.
3. Выявлена статистически значимая корреляционная связь между цветностью, химическим потреблением кислорода и окисляемостью в речной воде, а также тенденция связи между выживаемостью эксплантатов ткани почки и ХПК.
4. Оценка биологических свойств речной воды при помощи интегрального теста на общетоксическое действие показала, что ее соответствие санитарногигиеническим требованиям нормативных актов по санитарно-гигиеническим показателям не может гарантировать ее безопасность в отношении влияния на биологические структуры.
Список литературы
1. Антонов А. Г. Гигиена водных объектов и качество питьевой воды в Архангельской области. / А. Г. Антонов, Е. В. Антушева, И. И. Бобун, Е. К. Веденеева // О санитарно-эпидемиологической обстановке в Архангельской области в 1999 г. : региональный доклад. — Архангельск,
2000. - 59 с.
2. Антонов А. Г. Гигиена водных объектов и качество питьевой воды в Архангельской области / А. Г. Антонов,
Е. В. Антушева, И. И. Бобун, Р. В. Бузинов и др. // О санитарно-эпидемиологической обстановке в Архангельской области в 2003 г. : региональный доклад. - Архангельск, 2004.- 130 с.
3. Антонов А. Г. Гигиена водных объектов и качество питьевой воды в Архангельской области / А. Г. Антонов, Е. В. Антушева, И. И. Бобун, Р. В. Бузинов и др. // О санитарно-эпидемиологической обстановке в Архангельской области в 2005 г. : региональный доклад. - Архангельск, 2006. - 143 с.
4. Бреховских В. Ф. Проблемы качества поверхностных вод в бассейне Северной Двины / В. Ф. Бреховских,
З. В. Волкова, Н. Н. Колесниченко. - М. : Наука, 2003.
- 233 с.
5. Бузинов Р. В. К вопросу ограничения хозяйственнопитьевого водоснабжения в бассейне р. Северная Двина / Р. В. Бузинов, М. Х. Шрага, Е. К. Веденеева, И. И. Бобун // Качество питьевой воды, водоотведение и здоровье населения : сб. науч. трудов. - Рязань, 2000. - С. 25-27.
6. Бузинов Р. В. Санитарно-гигиеническая оценка воды р. Северная Двина в регионе с развитой целлюлозно-бумажной промышленностью / Р. В. Бузинов, И. И. Бобун, Е. К. Веденеева // Вестник СПб. - 2001. - № 4. -С. 160-162.
7. Бузинов Р. В. Социально-гигиенический мониторинг в Архангельской области: достижения и перспективы / Р. В. Бузинов, Т. Н. Зайцева, Н. К. Лазарева, А. Б. Гудков; под ред. А. Б. Гудкова. - Архангельск : Северный государственный медицинский университет, 2005. - 260 с.
8. Гигиенический контроль за эффективностью очистки воды от хлорорганических ядохимикатов на водоочистных сооружениях и качеством обработанной воды : метод. рек. 06-Б-447 / МЗ РСФСР. - Саратов, 1977. - 12 с.
9. ГОСТ 17.1.3.03-77 Правила выбора и оценка качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения : утв. и введено в действие Постановлением Государственного комитета СССР от 10 июня 1977 г. № 1459.
10. ГОСТ51593-01. Вода питьевая. Отбор проб. - М.,
2001. - 28 с.
11. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора : утв. и введено в действие Постановлением Государственного комитета СССР от 27 ноября 1984 г. № 4013.
12. Драгинский В. Л. Оценка эффективности и глубины очистки воды методами биотестирования / В. Л. Драгинский, Л. П. Алексеева, С. Е. Алексеев // Технология очистки природных вод : сб. статей. - М., 2006. - С. 105-116.
13. Захарченко М. П. Эколого-гигиеническая характеристика факторов, определяющих качество природной воды / М. П. Захарченко, Н. Ф. Кошелев, П. Г. Ромашов // Гигиеническая диагностика водной среды. - СПб. : Наука, 1996. - 247 с.
14. Карюхина Т. А. Химия воды и микробиология / Т. А. Карюхина, И. Н. Чурбанова. — М. : Стройиздат, 1983. — 168 с.
15. Международные рекомендации (этический кодекс) по проведению медико-биологических исследований с использованием животных. [Электронный ресурс] : разработан и опубликован в 1985 году Советом международных научных организаций. — Режим доступа: http://www.bio. msu.ru/l 12/ad080012.htm
16. Методическое пособие по дисциплине «Экологический мониторинг» : учебное пособие / под ред. Г. И. Хараева. - Улан-Удэ : ВСГТУ, 2004. - 77 с.
17. Norman H. J. Этический кодекс СММНО по проведению экспериментов с использованием животных /
H. J. Norman // Хроника ВОЗ. — 1989. — Т. 39, № 3.
18. Обновление перечня экологических «горячих точек» в российской части Баренцева региона: Предложения по экологически значимым инвестиционным проектам / Финансовая экологическая корпорация Северных стран. Секретариат АМАП. — Осло, август 2003. — С. 138.
19. О мерах по дальнейшему совершенствованию форм работы с использованием экспериментальных животных [электронный ресурс] : приказ Минздрава СССР № 775 от 12.08.77 г. — Режим доступа: http://www.soramn.ru/getres. php3?resid=20&reslocale=RU& resgroup=5.
20. Пащенко В. П. Влияние физиологических, экстремальных и патологических состояний организма на рост тканей при культивировании : автореф. дис. ... д-ра мед. наук / Пащенко Владимир Петрович. — Архангельск, 1994. — 248 с.
21. Пащенко В. П. Метод тканевых культур в диагностике хронических бронхолегочных заболеваний /
B. П. Пащенко, В. П. Быков, С. П. Корытов // Клиническая пульмонология. — Архангельск, 1995. — 247 с.
22. Пащенко В. П. Некоторые вопросы использования тканевых и клеточных культур для изучения экологических проблем Севера / В. П. Пащенко, А. В. Пащенко // Экология человека. Приложение. — 1995. — № 1. —
C. 67—68.
23. Получение и культивирование первично-трипсини-зированных клеточных культур / под ред. С. П. Корпова.
— Томск, 1974. — Вып. 31. — 36 с.
24. Приказ главного государственного санитарного врача Архангельской области «О мониторинговой системе “Вода питьевая”» от 27.12.2006 г. №127. Приложение 2.
25. Применение метода клеточных культур для исследования биологического действия пестицидов. — М., 1979.
— 275 с.
26. Ревич Б. А. Экологическая эпидемиология / Б. А. Ревич, С. А. Авалиани, Г. И. Тихонова ; под ред. Б. А. Ревича. — М. : Академия, 2004. — 384 с.
27. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод : санитарные правила и нормы.
— М. : Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2000. — 24 с.
28. Теддер Ю. Р. Цветные воды и общественное здоровье на севере // Ю. Р. Теддер, М. Х. Шрага / Водоснабжение населения Архангельской области: проблемы и решения : материалы научно-практической конференции // Экология человека. Приложение. — 1995. — № 1. — С. 14—21.
29. Технологический регламент центральных очистных сооружений г. Архангельска / МУП «Водоканал» г. Архангельск. — Архангельск, 2005.
30. Ткачук С. М. Культуры клеток перевиваемых линий как тест-объект для биологической индикации ксенобиотиков в водной среде : автореф. дис. ... д-ра мед. наук /
С. М. Ткачук. — СПб. : НИИВМ, 1999. — 215 с.
31. Хлопин Н. Г. Культура тканей / Н. Г. Хлопин. — Л. : Наркомздрав СССР, 1940. — 241 с.
32. Чалисова Н. И. Модулирующая роль незаменимых и заменимых аминокислот в органотипической культуре тканей у крыс различного возраста / Н. И. Чалисова, В. А. Пеннияйнен // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. — 2003. — Т. 89, № 5. — С. 591—597.
SEASONAL CHANGES IN QUALITY OF SURFACE WATERS IN RIVER NORTHERN DVINA ESTUARY
I. О. Klytskaya, А. B. Gudkov, I. I. Bobun
Northern State Medical University, Arkhangelsk
Seasonal changes of the main sanitary-hygienic indices of water quality in the river Northern Dvina have been detected. An assessment of river water with the help of the integral test of general biotoxic effect on laboratory animal kidney’s tissue culture has shown that though the water meets the sanitary-hygienic requirements of the normative documents, still it can not guarantee safety of affected biological structures.
Key words: river water, seasonal changes, tissue culture, toxic effect.
Контактная информация:
Кляцкая Ирина Олеговна — ассистент кафедры гигиены и медицинской экологии Северного государственного медицинского университета
Адрес: 163000, Архангельск, пр. Троицкий, д. 51, СГМУ
Тел. (8182) 21-08-17; е-mail: irenklyatskaya@rambler.ru Статья поступила 16.01.2008 г.
