Оценка качества питьевой воды родников г. Владимира

Введение. Для России проблема обеспечения населения питьевой водой требуемого качества и в достаточном количестве является наиболее значимой. Чистая вода – главный ресурс сохранения здоровья жителей России. Качество питьевой воды непосредственно влияет на заболеваемость населения [1–3]. По оценке Всемирной организации здравоохранения, некачественная питьевая вода является причиной более 80 % болезней¹, поэтому чистота питьевой воды и ее доступность являются важнейшими факторами, определяющими качество жизни населения.

Население г. Владимира централизованно обеспечивается питьевой водой из поверхностного водозабора р. Нерль и р. Клязьмы и подземного Судогодского водозабора в соотношении 50 % поверхностной и 50 % подземной воды.

Реки Нерль и Клязьма, из которых производится водозабор, по показателям качества воды, согласно ГОСТу 2761–84², относятся ко второму классу, т. е. воду из данных рек без специальных методов очистки воды использовать для питьевых целей нельзя. Основными загрязнителями рек Нерль и Клязьма являются биогенные элементы, органические вещества, азот аммонийный, азот нитратов, металлы – железо, медь, марганец.

Нерлинская очистная водопроводная станция работает по классической технологии, основанной на традиционных осветлительных методах очистки, к которым относятся реагентная обработка, отстаивание, фильтрование, обеззараживание воды, и главным образом решает задачу удаления из воды основной массы загрязнений. Однако она не рассчитана на глубокую очистку воды. По данной технологии поступающая вода дважды обрабатывается гипохлоритом натрия, причем в дозах, необходимых как для обеззараживания воды, так и водопроводных сетей. Но такая обработка имеет и значительные побочные эффекты. При взаимодействии органических веществ, содержащихся в речной воде, с активным хлором образуются галогенсодержащие соединения, среди которых наиболее часто встречаются тригалогенметаны, придающие воде неприятный привкус и запах, а также обладающие канцерогенным действием, что несет потенциальную опасность для здоровья людей при употреблении такой воды [4–6]. Использование более современных методов очистки воды, таких как озонирование, сорбция на активных углях, мембранное фильтрование и т. д. [7–9], позволяющих значительно улучшить качество воды, требует модернизации очистной станции и крупных капиталовложений, что для жителей г. Владимира, скорее всего, является отдаленной перспективой. Тем не менее очищенная вода по той технологии, которая в настоящее время существует, практически безопасна, но жители г. Владимира с большой осторожностью относятся к употреблению хлорированной питьевой воды.

Подземная вода Судогодского водозабора, используемая без предварительной очистки для подачи в некоторые районы г. Владимира, обладает хорошими органолептическими показателями, не содержит аммонийный азот, содержание нитратов значительно ниже предельно допустимой концентрации (ПДК), в воде отсутствуют полифосфаты, а также тяжелые металлы. Природная вода Судогодского водозабора не представляет эпидемической опасности по всем микробиологическим и паразитологическим показателям, утвержденным действующими санитарно-гигиеническими нормативами. В то же время вода Судогодского водозабора не является мягкой, общая жесткость варьирует от 4,7 до 8,3 мг-экв/л.

Кроме того, подземная вода Судогодского водозабора может содержать избыточное количество фтора, что обусловлено природными факторами Судогодского района, геохимической спецификой состава водовмещающих пород и особенностями режима питания подземных вод в данном районе [10]. Такую воду необходимо очищать от избытка фтора с применением специальных материалов [11–13].

Городские жители активно используют для питьевых целей и приготовления пищи воду из альтернативных источников, и в частности родников г. Владимира, являющихся естественным местом разгрузки грунтовых вод. Качество грунтовых вод, выходящих на поверхность, во многом определяется природным и санитарным состоянием городских территорий, а также зависит от барьерных функций почв и подстилающих пород данных территорий [14–16].

Вследствие динамичного развития города городские родники оказываются расположенными в непосредственной близости от транспортных путей, жилых и промышленных зон, различных несанкционированных свалок, что приводит к их интенсивному загрязнению. Почвы не в состоянии выполнить свои барьерные функции, и опасные загрязнители могут поступают в родниковую воду, что увеличивает риски возникновения опасных заболеваний у населения. В связи с этим проведение оценки показателей качества родниковых вод городских территорий является на сегодняшний день важной и актуальной задачей. Цель исследования: оценка качества воды родников города Владимира по показателям безопасности и интегральной токсичности. Материалы и методы. В качестве объектов исследования были выбраны воды родников, расположенных в различных районах областного центра и пользующихся популярностью у жителей города.

На рис. 1 представлено месторасположение исследуемых родников г. Владимира.

Авторами статьи для оценки качества родниковых вод вышеуказанных родников были проанализированы данные по 31 показателю (общехимические и микробиологические показатели) за период с 2017 по 2021 г., полученные из аккредитованной химической лаборатории ООО «Владимир ВтормаКлининг» и проведенные по заказу администрации г. Владимира в рамках выполнения муниципальной программы «Повышение экологической безопасности на территории муниципального образования города Владимир». В феврале 2022 года авторами были отобраны пробы родниковых вод для определения отдельных санитарно-химических показателей родниковых вод, которые по результатам мониторинга за предшествующие годы были близки или превышали установленные для них ПДК, с целью их актуализации и оценки антропогенного влияния на качество родниковых вод. Отбор проб проводился по ГОСТ Р 51592-00³ в чистые стеклянные емкости объемом 1 дм3 с герметичными пластмассовыми пробками. Анализ проб проводили по стандартным методикам с использованием методов потенциометрии, кондуктометрии, титриметрического метода. Физиологическую полноценность воды родников оценивали по соответствию концентраций макро- и микроэлементов требованиям СанПиН 2.1.4.1116–02 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества»⁴. Были проведены исследования по определению интегральной токсичности образцов родниковых вод г. Владимира на люминометре «Биотокс-10М» по методике экспрессного определения интегральной токсичности⁵. Данная методика предусматривает измерение интенсивности биолюминесценции тест-объекта, в качестве которой используются лиофилизированные люминесцентные бактерии или ферментные препараты бактериальной люциферазы, входящие в состав биосенсора «Эколюм» (ТУ 2639-236-00209792-01⁶). Методика основана на определении изменения интенсивности биолюминесценции бактерий в зависимости от содержания в анализируемой пробе химических веществ-токсикантов по сравнению с контролем (дистиллированная вода).

Выводы о токсичности пробы делались на основе изменения интенсивности биолюминесценции бактерий (имп/с) по сравнению с контролем за 30-минутный период экспозиции. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту «Т», который устанавливает характер ответа биосенсора на токсичность среды и рассчитывается по формуле:

где I₀ и I соответственно интенсивность биолюминесценции контроля и опыта.

Методика предусматривает три пороговых уровня токсичности:

допустимый уровень токсичности: индекс токсичности Т меньше 20;

образец токсичен: индекс Т равен или больше 20, но меньше 50;

– высокая токсичность образца: индекс Т равен или больше 50.

В ряде случаев индекс токсичности может иметь отрицательное значение (при I > I₀), тогда делается вывод об отсутствии токсичности образца и индекс токсичности принимает нулевое значение. Все анализы проводились в лаборатории химии воды кафедры биологии и экологии ВлГУ.

Результаты и обсуждение. На первом этапе работы были проанализированы имеющиеся данные по общехимическим и микробиологическим показателям родниковых вод за период 2017–2021 гг. на предмет соответствия ПДК и санитарно-гигиеническим нормативам. Анализ качества воды проводили по следующим показателям:

• органолептические (цветность, запах, привкус, мутность);
• содержание тяжелых металлов (ТМ);
• содержание катионов и анионов;
• общие показатели (рН, жесткость, перманганатная окисляемость, сухой остаток, анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ);
• микробиологические (наличие термотолерантных колиформных бактерий (ТКБ), общих колиформных бактерий (ОКБ), общее микробное число (ОМЧ), наличие колифагов);

Данные по органолептическим показателям воды за период 2017–2021 гг. по шести исследуемым родникам представлены в табл. 1.

По органолептическим показателям вода во всех шести родниках за анализируемый период соответствует санитарно-гигиеническим нормативам, установленным СанПиН 2.1.3684–21⁷: запах не ощущается (0 баллов), привкус не ощущается (0 баллов), цветность и мутность значительно ниже установленных нормативов.

Показатели содержания тяжелых металлов в воде родников за период 2017–2021 гг. приведены в табл. 2.

Содержание тяжелых металлов в воде всех исследуемых родников г. Владимира значительно ниже ПДК, и тенденции роста их концентраций за анализируемый период не выявлено, что говорит о том, что почвы в местах расположения родников, являющиеся геохимическим барьером для тяжелых металлов, на сегодняшний день выполняют свои защитные экологические функции, практически полностью исключая попадание ТМ в грунтовые воды, питающие родники.

В табл. 3 представлены данные по содержанию катионов и анионов в родниках г. Владимира за исследуемый период.

На протяжении пятилетнего периода на некоторых родниках наблюдаются значения выше ПДК по нитратам. Данное превышение выявлено у родника № 3 (рис. 2), близкие значения к ПДК по нитратам имеют родники № 2 и № 5 – до 0,83 ПДК. В настоящее время установлено, что повышенное содержание нитратов в питьевой воде может привести к развитию неканцерогенных рисков для здоровья людей – вызывать патологии сердечно-сосудистой системы и печени, желудочно-кишечного тракта, почек, кожного покрова, эндокринной системы, отклонения в физическом развитии детей [17–19]. Превышение нитратов в воде приводит к метгемоглобинемии, нарушению окислительной функции крови, особенно у искусственно вскармливаемых детей⁸ [20–22].

Обнаруженное превышение нитратов в воде указанных родников обусловлено прежде всего антропогенным фактором: родники № 2 и 3 находятся в зоне жилых застроек, связанных с частным сектором, родник № 5 находится в зоне садоводческого товарищества. Повышенное содержание нитратов связано прежде всего с чрезмерным применением удобрений или в результате просачивания сточной воды или других органических отходов в поверхностные и подземные воды, поэтому обустройство санитарных зон около данных родников является актуальной задачей.

Анализируя табл. 3, можно обратить внимание на низкие концентрации в воде родников таких ионов, как Mg²⁺ и F^–. Содержание ионов Mg2+ в роднике № 3 и роднике № 6 находится ниже нижнего предела физиологической полноценности воды и составляет 4,7–4,9 мг/дм3 при норме физиологической полноценности 5–65 мг/дм3, а фторид-ионов во всех исследуемых родниках – на уровне ниже предела физиологической полноценности воды и составляет 0,02–0,29 мг/ дм3 при норме 0,5–1,5 мг/дм3 [4]. Дефицит магния в организме может привести к заболеваниям сердечно-сосудистой системы, гипертонической болезни, судорогам [23][24]. Недостаток фтора в организме, связанный с его низкой концентрацией в питьевой воде, приводит к возникновению кариеса [25]. Таким образом, считать воду в родниках г. Владимира полностью полезной и физиологически полноценной из-за низкого содержания отдельных микроэлементов нельзя.

Данные по общим показателям воды родников г. Владимира представлены в табл. 4.

Анализ табл. 4 показывает, что есть превышение ПДК по жесткости. Это превышение касается прежде всего родника № 2, причем в течение всего наблюдаемого периода (значение жесткости колеблется от 7,72 до 8,33 мг-экв/дм3 при ПДК 7,0 мг-экв/дм3), что обусловлено в первую очередь повышенным содержанием в данном роднике солей кальция и магния, которые попадают в воду вследствие выщелачивания из водовмещающих пород.

Наиболее мягкая вода родника № 1 (показатель жесткости в пределах 3,38–4,46 мг-экв/ дм3). У остальных родников показатель жесткости в пределах ПДК. Следует отметить, что кратковременное употребление более жесткой или более мягкой воды не является опасным для здоровья. Постоянное употребление воды с повышенной жесткостью может привести к накоплению солей в организме, заболеванию суставов (артриты, полиартриты), образованию камней в желчном и мочевом пузыре.

Нижняя граница значений рН находится в пределах 6,09–6,17, что близко к нижней границе нормативного значения рН. Такие значения рН имеет вода родника № 1, у остальных родников рН в пределах нормы. Вода с такими довольно низкими значениями рН обычно считается слабокислой (рН 5,0–6,5). Длительное употребление такой воды может привести к развитию ряда патологий. В организме развивается кислотная среда, при которой возможны болезни ЖКТ, нарушение обмена веществ и т.д. Если границы рН в России в соответствии с СанПин 1.2.3685–21⁹ установлены в пределах 6–9 ед. рН, то в зарубежных странах более жесткие требования к водородному показателю: в ЕС (согласно директиве Совета ЕС «По качеству питьевой воды, предназначенной для потребления человеком»¹⁰ (98/83) – 6,5–9,5 ед. рН, а в нормах Агентства по охране окружающей среды США (U.S.EPA) – 6,5–8,5 ед. рН¹¹. Большинство ученых считают, что границы рН для питьевой воды должны быть в пределах от 6,5 до 8,5 ед. рН. Содержание АПАВ, сухого остатка и показателя перманганатной окисляемости всех родниковых вод за исследуемый период находились ниже нормативно установленных значений.

Учитывая тот факт, что безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим показателям, авторами были проанализированы данные по ним за период 2017–2021 гг. В табл. 5 представлены данные по микробиологическим показателям анализируемых родников. Так как в 2017–2018 гг. микробиологические показатели всех исследуемых родников были в норме, в табл. 5 включены данные только за 2018 и 2020–2021 гг. и для тех родников, у которых были обнаружены нарушения микробиологических показателей за данные периоды.

Вода родника № 4 (с 2018 г.), родника № 2 (с 2020 г.), родника № 3 и родника № 5 (с 2021 г.) по бактериальной загрязненности не соответствует требованиям, предъявляемым к безопасности и качеству питьевой воды, установленными СанПин 1.2.3685–21. Наличие термотолерантных колиформных бактерий говорит о плохом каптаже (место сбора подземных вод в местах их выхода на поверхность) указанных источников и о попадании в воду продуктов жизнедеятельности человека и животных. Для данных родников в обязательном порядке необходимо организовать санитарную очистку территорий и благоустройство каптажей.

В феврале 2022 года авторами исследования были отобраны образцы проб воды из исследуемых родников с целью определения тех показателей, которые имели превышения в период 2017–2021 гг., а также для определения индекса токсичности воды родников. Результаты определений представлены в табл. 6.

Из табл. 6 видно, что по-прежнему наблюдается превышение жесткости у родников № 2, 3, 6. У родников № 4 и 5 значения жесткости близки к ПДК (0,98–1ПДК). По нитратам превышение наблюдается у родника № 3 – 1,4 ПДК, близкое значение к ПДК по нитратам имеет вода родника № 5 – 0,88 ПДК. Измерение рН воды родников показало, что родник № 1 по-прежнему имеет рН ниже нижнего предела водородного показателя, утвержденного СанПин 1.2.3685–21. Определение индекса токсичности показало отсутствие токсичности у воды всех родников (Т = 0). Это говорит о том, что выявленные в процессе мониторинга следовые количества тяжелых металлов, поверхностно-активных веществ, органических веществ и, возможно, присутствующие в воде еще какие-то загрязнители, которые не были инструментально выявлены в данном исследовании, не несут рисков и опасностей здоровью населения.

Заключение. Проведенные исследования показали, что вода родников г. Владимира не совсем соответствует санитарно-гигиеническим нормативам, установленным для воды хозяйственно-питьевого назначения. В роднике № 2 обнаружено превышение по жесткости в течение всего наблюдаемого периода, у родника № 3 – по нитратам, что представляет опасность для здоровья населения. Выявлено низкое содержание ионов магния и фтора в воде всех родников, что снижает физиологическую полноценность воды и несет определенные риски для здоровья человека. В воде родников № 2–5 была выявлена бактериальная загрязненность. Для данных родников необходимо организовать санитарную очистку территорий и благоустройство каптажей. Воду родников в обязательном порядке необходимо кипятить. В связи с тем что качество воды родников подвержено постоянным изменениям, которые связанны как с сезонностью и погодными условиями, так и с возрастающим антропогенным фактором, экологический мониторинг родников необходимо проводить на регулярной основе, что позволит предупредить возможные риски заболеваний жителей города Владимира.