Изучение влияния кипячения питьевой воды на состав органических веществ

Введение. Антропогенная деятельность приводит к появлению в окружающей среде новых органических соединений с малоизученными физико-химическими и токсическими свойствами. Ввиду несовершенства технологий водоподготовки присутствие данных соединений в питьевых водоисточниках создает угрозу здоровью человека. Некоторые из органических компонентов способны вызывать негативные биологические эффекты в крайне низких концентрациях. Имеется недостаточное количество данных об изменении состава воды при бытовом кипячении. В связи с этим существует необходимость изучения состава органических веществ в разных типах вод.
Цель исследования: анализ изменения состава органических веществ при кипячении (бытовом варианте водопользования) питьевой воды методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии.
Материалы и методы. В образцах питьевой воды перед подачей в распределительную сеть крупного промышленного города Свердловской области, отобранной в разные сезоны года, а также в воде после кипячения проведена идентификация органических веществ методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Определен перечень веществ, обладающих негативным воздействием на организм.
Результаты. В питьевой воде из 65 идентифицированных органических веществ за весь период исследований обнаружено 23 вещества, оказывающих общетоксическое, раздражающее, органоспецифическое, мутагенное и канцерогенное действие на человека, что составляет 35,4 % от общего количества идентифицированных. В воде после кипячения из 53 соединений обнаружено 14 веществ, обладающих доказанным негативным действием на организм, что составляет 26,4 % от общего количества идентифицированных. В результате кипячения сохраняется около 10 % органических веществ от общего первоначального состава.
Заключение. Проведена идентификация органических соединений в питьевой воде и воде после кипячения. Выявлена сезонная закономерность изменения состава органических веществ в питьевой воде, обнаружены вещества, обладающие опасными для человека свойствами, установлен факт изменения состава идентифицированных органических веществ в воде после кипячения.

1. Llanos EJ, Leal W, Luu DH, Jost J, Stadler PF, Restrepo G. Exploration of the chemical space and its three historical regimes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019;116(26):12660- 12665. doi: pnas.1816039116.

2. Trace Elements in Human Nutrition and Health. Geneva: World Health Organization; 1996. Accessed October 14, 2024. https://www.who.int/publications/i/item/9241561734

3. Pironti C, Ricciardi M, Proto A, Bianco PM, Montano L, Motta O. Endocrine-disrupting compounds: An overview on their occurrence in the aquatic environment and human exposure. Water. 2021;13(10):1347. doi: 10.3390/w13101347

4. Кацнельсон Б.А., Вараксин А.Н., Панов В.Г., Привалова Л.И. и др. Экспериментальное моделирование и математическое описание хронической комбинированной токсичности как основа анализа многофакторных химических рисков для здоровья // Токсикологический вестник. 2015. № 5(134). C. 37–45. EDN: XQJLBR.

5. Minigalieva IA, Shtin TN, Makeyev OH, et al. Some outcomes and a hypothetical mechanism of combined lead and benzo(a)pyrene intoxication, and its alleviation with a complex of bioprotectors. Toxicol Rep. 2020;7:986-994. doi: 10.1016/j.toxrep.2020.08.004

6. Katsnelson BA, Minigaliyeva IA, Degtyareva TD, Privalova LI, Beresneva TA. Does a concomitant exposure to lead influence unfavorably the naphthalene subchronic toxicity and toxicokinetics? Environ Toxicol Chem. 2014;33(1):152-157. doi: 10.1002/etc.2405

7. Хлыстов И.А., Щукина Д.А., Кузьмина Е.А., Плотко Э.Г., Брусницына Л.А. Подходы к нормированию органического углерода и необходимость его обязательного контроля в питьевой воде // Здоровье населения и среда обитания. 2020. № 9(330). С. 61–66. doi: 10.35627/2219-5238/2020-330-9-61-66

8. Rivera J, Fraisse D, Ventura F, Caixach J, Figueras A. Identification of non-volatile organic compounds in GAC filters and in raw and drinking water extracts by FAB and FAB-CID-MIKE spectrometry. Fresenius J Anal Chem. 1987;328(7):577-582. doi: 10.1007/BF00468972

9. Watts CD, Crathorne B, Fielding M, Killops SD. Nonvolatile organic compounds in treated waters. Environ Health Perspect. 1982;46:87–99. doi: 10.1289/ehp.824687

10. Zhang Y, Yang K, Dong Y, Nie Z, Li W. Chemical characterization of non-volatile dissolved organic matter from oilfield-produced brines in the Nanyishan area of the western Qaidam Basin, China. Chemosphere. 2021;268:128804. doi: 10.1016/j.chemosphere.2020.128804

11. He D, Li P, He C, Wang Y, Shi Q. Eutrophication and watershed characteristics shape changes in dissolved organic matterchemistry along two river-estuarine transects. Water Res. 2022;214:118196. doi: 10.1016/j.watres.2022.118196

12. Lu K, Li X, Chen H, Liu Z. Constraints on isomers of dissolved organic matter in aquatic environments: Insights from ion mobility mass spectrometry. Geochim Cosmochim Acta. 2021;308:353-372. doi: 10.1016/j.gca.2021.05.007

13. Koul B, Yadav D, Singh S, Kumar M, Song M. Insights into the domestic wastewater treatment (DWWT) regimes: A review. Water. 2022;14(21):3542. doi: 10.3390/w14213542

14. Huang MH, Li YM, Gu GW. Chemical composition of organic matters in domestic wastewater. Desalination. 2010;262(1–3):36-42. doi: 10.1016/j.desal.2010.05.037

15. Ma JX, Xu Y, Sun FY, Chen XD, Wang W. Perspective for removing volatile organic compounds during solar-driven water evaporation toward water production. Ecomat. 2021;3(6):e12147. doi: 10.1002/eom2.12147

16. Erasto P, Viljoen AM. Limonene – a review: Biosynthetic, ecological and pharmacological relevance. Nat Prod Commun. 2008;3(7):1193-1202. doi: 10.1177/1934578X0800300728

17. Темердашев З.А., Павленко Л.Ф., Корпакова И.Г., Ермакова Я.С., Экилик В.С. О некоторых методических аспектах оценки нефтяного загрязнения водных объектов с учетом деградации нефтепродуктов во времени // Аналитика и контроль. 2016. № 20(3). С. 225–235. doi: 10.15826/analitika.2016.20.3.006

18. Kato LS, Conte-Junior CA. Safety of plastic food packaging: The challenges about non-intentionally added substances (NIAS) discovery, identification and risk assessment. Polymers (Basel). 2021;13(13):2077. doi: 10.3390/polym13132077

19. Kalweit C, Stottmeister E, Rapp T. Contaminants migrating from crossed-linked polyethylene pipes and their effect on drinking water odour. Water Res. 2019;161:341-353. doi: 10.1016/j.watres.2019.06.001

20. Song K, Wen Z, Jacinthe PA, Zhao Y, Du J. Dissolved carbon and CDOM in lake ice and underlying waters along a salinity gradient in shallow lakes of Northeast China. J Hydrol. 2019;571:545-558. doi: 10.1016/j.jhydrol.2019.02.012

21. Lozovik PA, Morozov AK, Zobkov MB, Dukhovicheva TA, Osipova LA. Allochthonous and autochthonous organic matter in surface waters in Karelia. Water Resour. 2007;34(2):204–216. doi: 10.1134/S009780780702011X

22. Toming K, Tuvikene L, Vilbaste S, et al. Contributions of autochthonous and allochthonous sources to dissolved organic matter in a large, shallow, eutrophic lake with a highly calcareous catchment. Limnol Oceanogr. 2013;58(4):1259–1270. doi: 10.4319/lo.2013.58.4.1259

23. Mostofa KMG, Yoshioka T, Mottaleb A, Vione D, eds. Photobiogeochemistry of Organic Matter: Principles and Practices in Water Environments. Springer Berlin Heidelberg; 2012. doi: 10.1007/978-3-642-32223-5

24. Daughton CG, Ternes TA. Pharmaceuticals and personal care products in the environment: Agents of subtle change? Environ Health Perspect. 1999;107(Suppl 6):907–938. doi: 10.1289/ehp.99107s6907

25. Tsuchiya Y. Organical chemicals as contaminants of water bodies and drinking water. In: Kubota S, Tsuchiya Y, eds. Water Quality and Standards. EOLSS Publications; 2010;2:150-171.

26. Svigruha R, Fodor I, Győri J, Schmidt J, Padisák J, Pirger Z. Effects of chronic sublethal progestogen exposure on development, reproduction, and detoxification system of water flea, Daphnia magna. Sci Total Environ. 2021;784:147113. doi: 10.1016/j.scitotenv.2021.147113

27. Focazio MJ, Kolpin DW, Barnes KK, et al. A national reconnaissance for pharmaceuticals and other organic wastewater contaminants in the United States – II) Untreated drinking water sources. Sci Total Environ. 2008;402(2-3):201-216. doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.02.021

28. Kubickova B, Ramwell C, Hilscherova K, Jacobs MN. Highlighting the gaps in hazard and risk assessment of unregulated Endocrine Active Substances in surface waters: Retinoids as a European case study. Environ Sci Eur. 2021;33:20. doi: 10.1186/s12302-020-00428-0