Оценка системы водоснабжения и качества питьевой воды централизованных источников города Владимира

Введение. В соответствии с Указом¹ Президента Российской Федерации от 7 мая 2018 г. № 204 обеспечение населения Российской Федерации качественной питьевой водой является стратегической задачей. Известно, что качество питьевой воды непосредственно влияет на здоровье населения [1–4]. Так, по оценке Всемирной организации здравоохранения, некачественная питьевая вода является причиной более 80 % болезней², поэтому качество питьевой воды и ее доступность являются ключевыми факторами, определяющими состояние здоровья населения.

К основным проблемам в сфере водоснабжения в настоящее время относятся сброс в поверхностные воды плохо очищенных сточных вод, неудовлетворительное техническое состояние систем водоснабжения, низкая эффективность водопользования, а также дефицит финансирования в сектор водоснабжения и водоотведения.

Для развития и улучшения коммунальной инфраструктуры и, в частности, системы водоснабжения и водоотведения в г. Владимире была принята «Программа комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры муниципального образования город Владимир на 2016–2032 годы»³, где были зафиксированы важные целевые показатели: снижение износа городских сетей водоснабжения до 50,0 %, сетей водоотведения – до 56,0 %, сокращение потерь воды на сетях водоснабжения до 12 % от общего объема водопотребления. На сегодня большинство трубопроводов распределительной водопроводной сети города Владимира имеют значительный физический износ, около 57 %⁴, что может существенно влиять на качество питьевой воды, подаваемой населению.

Системы водоподготовки населенных пунктов ориентированы на санитарно-гигиенические нормативы, в которых представлены предельно допустимые концентрации (ПДК) химических элементов (ионов). Между тем, представляется важным наличие в питьевой воде необходимых организму химических элементов в концентрациях, соответствующих диапазонам допустимых гигиенических норм (ДГН) [5]. Содержание в питьевой воде микроэлементов является определяющим фактором формирования микроэлементного статуса организма, так как наиболее эффективное их усвоение идет именно из водных растворов [6–8].

Цель исследования – оценка качества питьевой воды централизованных источников города Владимира на соответствие требованиям гигиенических нормативов.

Материалы и методы. Объектом исследования является питьевая вода централизованных источников города Владимира. В настоящее время город обеспечивается в основном водой из реки Нерль и Судогодского подземного водозабора. Вода подземного Судогодского водозабора подается в город жителям Ленинского и Октябрьского районов. Вода поверхностного водозабора р. Нерли, в отличии от воды Судогодского подземного водозабора, проходит водоподготовку на очистной водопроводной станции и подается во Фрунзенский и также в Октябрьский районы. Система водоснабжения г. Владимира закольцована, поэтому на отдельных улицах (Октябрьский район) происходит смешение воды (рисунок). Соотношение потребления воды из поверхностных источников к воде из подземных источников примерно один к одному. Суммарная протяженность водопроводных сетей города составляет 814,27 км, при этом водоснабжение осуществляется тремя насосными станциями 2-го подъема, пятью насосными станциями 3-го подъема и 42 подкачивающими станциями, работающими на высотную зону застройки города. Аккумулирование питьевой воды осуществляется в 22 резервуарах чистой воды с суммарным объемом 83 400 м³.

Были проведены исследования качества воды источников водозабора; воды, подаваемой в распределительную сеть города; воды централизованных источников, поступающей непосредственно конечному потребителю. При проведении исследования были использованы данные аккредитованной химической лаборатории Центра контроля воды МУП «Владимирводоканал» за 2019–2023 гг. по 17 показателям (органолептическим – 2; общим – 6; химическим – 9) и собственные данные кафедры биологии и экологии ВлГУ (отобрано 9 проб, по три пробы в каждом районе города) за 2023 г. по 20 показателям (общим – 2; химическим – 18).

Для проведения анализа качества питьевой воды централизованного водоснабжения г. Владимира, непосредственно поступающей конечному потребителю, авторами в декабре 2023 года были отобраны пробы воды из разных районов города. Отбор проб производился по ГОСТ Р 51592-00 в чистые стеклянные емкости объемом 1 дм³ с герметично закрывающимися пластмассовыми пробками. Анализ каждой пробы воды проводился в трех повторностях на аналитическом оборудовании кафедры биологии и экологии ВлГУ. Концентрации катионов в питьевой воде определяли по методике М 01-31-2011 «Определение неорганических катионов в воде» (ПНД Ф 14.1:2:4.167-2000 (изд. 2011 г.)), концентрации анионов в питьевой воде – в соответствии с методикой М 01-58-2018 «Определение неорганических анионов в воде» (ПНД Ф 14.1:2:3:4.282-18) с использованием системы капиллярного электрофореза «Капель-205». Определение концентраций тяжелых металлов в питьевой воде проводили по методике М-049-ВП/09 «Методика выполнения измерений массовой концентрации свинца, цинка, меди, никеля, кобальта, железа, хрома, ванадия, висмута, кадмия, селена, мышьяка в природных, питьевых и сточных водах рентгенофлуоресцентным методом после концентрирования их пирролидиндитиокарбаминатных комплексов на фильтрах», с использованием прибора «Спектроскан МАКС-G». Анализ других показателей проб воды проводили по стандартным методикам с использованием методов потенциометрии, кондуктометрии, титриметрического метода.

Оценку содержания химических элементов в пробах воды проводили в соответствии с СанПиН 1.2.3685–21⁵ и с диапазонами допустимых гигиенических норм [5].

Статистическую обработку осуществляли с помощью классических методов вариационной статистики в программе MS Office Excel. Определялись минимальные (min) и максимальные (max) значения вариационного ряда, а также средние (M) значения показателей качества воды.

Результаты. На первом этапе исследования был проведен статистический анализ данных о качестве воды источников водозабора. В табл. 1 представлены средние (М) и диапазон (min – max) значений показателей качества воды водоисточников, используемых для водоснабжения г. Владимира, по данным МУП «Владимирводоканал».

В соответствии с данными табл. 1 вода из реки Нерль характеризуется повышенной мутностью, цветностью, перманганатной окисляемостью и высоким содержанием железа. Вода Судогодского подземного водозабора, согласно табл. 1, обладает хорошими органолептическими показателями – низкой мутностью и цветностью. Концентрации Fe, Mn, Cr, Cu, Zn и анионов не превышают ПДК.

На втором этапе исследования была проведена оценка показателей качества воды, подаваемой в распределительную сеть города. В табл. 2 представлены усредненные данные химической лаборатории Центра контроля воды МУП «Владимирводоканал» за первое полугодие 2023 года.

Анализ табл. 2 показал, что действующая на сегодня система водоподготовки г. Владимира обеспечивает надлежащее качество питьевой воды. Однако отмечаем, что усредненные данные табл. 2 не исключают возможность отклонения значений в большую сторону.

Учитывая тот факт, что система водоснабжения г. Владимира закольцована и на отдельных улицах происходит смешение воды поверхностного и подземного водозабора, на третьем этапе исследования авторами были проанализированы пробы питьевой воды централизованного водоснабжения с различных районов города, непосредственно отобранные у конечного потребителя – жителей города Владимира. Был проведен анализ по 20 показателям. Результаты представлены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что в Ленинском районе наблюдается превышение ПДК по фторид-ионам – 1,04 ПДК и по жесткости – 1,07 ПДК, что непосредственно связано с использованием в водоснабжении данного района воды Судогодского водозабора, которая изначально имеет высокие показатели по данным параметрам (табл. 1, 2). В Октябрьском и Фрунзенском районах превышений санитарно-гигиенических норм по анализируемым значениям не выявлено.

Обсуждение. Река Нерль является крупным левобережным притоком р. Клязьмы, длиной 284 км, берущая начало из болотистых лесов Переславского района Ярославской области. Повышенная мутность, цветность и высокое содержание железа изначально связаны с болотистым характером ее питания. Повышенная перманганатная окисляемость указывает прежде всего на высокое содержание в речной воде органических соединений, вероятно, поступающих с плохо очищенными сточными водами сельхозпредприятий, в результате отсутствия центральной канализации в ряде сельских населенных пунктов, а также неудовлетворительной работы местных очистных сооружений. Высокое содержание железа (2,8 ПДК) обусловлено прежде всего влиянием притоков реки, дренирующих заболоченные территории [9]. Повышенное образование железа в болотных водах связано с процессами минерализации торфа, в ходе которых происходит высвобождение железа из железоорганических комплексов, вследствие деятельности гетеротрофных железобактерий [10]. Содержание марганца находится на уровне ПДК. Данное обстоятельство, вероятно, связано с региональной спецификой геохимического состава водовмещающих пород, содержащих Мn, а также с особенностями режима функционирования и питания подземных вод, где протекает река Нерль [11]. Другие металлы присутствуют в очень низких концентрациях, превышений по анионам не выявлено.

Эксплуатируемым водоносным горизонтом подземных вод Судогодского водозабора является Клязьминско-Ассельский водоносный горизонт известняков верхнего карбона. Средняя глубина артезианских скважин составляет 70 м. Согласно данным МУП «Владимирводоканал»⁶, подземные воды по химическому составу относятся к сульфатно-гидрокарбонатным и кальциево-магниевым типам вод с величиной минерализации 240–480 мг/дм³ и рН 7,4–8,2. Значение общей жесткости в динамике по годам находится в диапазоне от 4,7 до 8,3 мг-экв/дм³; среднее значение за пять лет составляет 6,38 мг-экв/дм³, что характеризует воду как умеренно жесткую. Среднемноголетняя концентрация фторид-ионов в Судогодской подземной воде составляет 1,2 мг/дм³; при этом максимальные значения в отдельные годы были на уровне 1,6 мг/дм³. Такое количество фторид-ионов здесь обусловлено прежде всего региональной спецификой геохимического состава водовмещающих пород в районе Верхне-Судогодского водозабора, постепенным подтягиванием минерализованных вод глубоких горизонтов, соприкасающихся с богатыми фтором породами, вследствие интенсивного водозабора, а также изменением гидродинамического режима подземных водоносных комплексов в карбонатных отложениях каменноугольного возраста⁷ [12].

Несоответствие санитарно-гигиеническим требованиям качества питьевой воды, подаваемой непосредственно жителям города Владимира, выявлено только в Ленинском районе. Кратковременное употребление жителями данного района умеренно жесткой питьевой воды опасным для здоровья не является. Однако длительное употребление такой воды может привести к развитию заболеваний опорно-двигательного аппарата и мочевыделительной системы. Повышенное отложение солей жесткости на электронагревательных элементах способствует более быстрому выходу их из строя. Содержание фторид-ионов в питьевой воде выше ПДК может быть причиной флюороза, снижения обмена кальция и фосфора в организме, нарушения белкового и углеводного обмена, усиления процессов торможения в центральной нервной системе [13]. Для удаления избыточного фтора из питьевой воды существуют различные методы дефторирования [14–15], однако они достаточно дорогие. Централизованного дефторирования воды в городе не производится. Жителям Ленинского района рекомендуется для снижения фторид-ионов в питьевой воде использовать метод смешения воды из артезианских скважин с водой из поверхностных водоисточников с низким содержанием фтора либо бытовые фильтры на основе активированного угольного сорбента и обратного осмоса, способные задерживать ионы фтора. В образовательных (особенно дошкольных и школьных) учреждениях Ленинского района с целью снижения негативного воздействия на здоровье детей необходимо устанавливать пункты доочистки от избыточного фтора.

В результате анализа воды централизованных источников города Владимира на соответствие допустимым гигиеническим нормам было установлено, что значения по общему железу, цинку, меди и кобальту во всех районах города находятся ниже минимальных значений ДГН. Железо, являясь эссенциальным для человека микроэлементом, участвует в процессах кроветворения, внутриклеточного обмена и регулирования окислительно-восстановительных процессов, в образовании метаболически активных металлопротеиновых комплексов [5]. Железо – трудно усваиваемый элемент (особенно его неорганическая форма, в виде которой оно чаще всего присутствует в воде). Поэтому принято считать, что на долю воды приходится до 10 % железа от общего объема его поступления в организм. При концентрации 0,2 мг/дм³ Fe²⁺ благоприятно влияет на вкусовые качества питьевой воды [5]. Цинк входит в состав более чем 40 ферментов и играет важную роль в протекании большинства обменных процессов, связанных с биосинтезом белков и нуклеиновых кислот. Он играет важнейшую роль в процессах регенерации кожи, роста волос и ногтей, секреции сальных желез, способствует всасыванию витаминов [16][17]. Одним из клинических проявлений дефицита цинка, которое научно доказано, является замедление темпов роста и полового развития организма [18][19]. Медь входит в состав различных ферментов (оксиредуктаза, цитохромоксидаза), а также церулоплазмина, участвующего в обмене железа и в антиоксидантной защите. Этот биоэлемент повышает устойчивость организма к некоторым инфекциям, связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков, выполняет важную функцию в аэробном метаболизме [17]. Кобальт также является жизненно важным микроэлементом. Он является кофактором витамина В₁₂, соответственно, необходим для кроветворения, а также для функционирования нервной ткани. Кобальт также принимает участие в синтезе гормонов щитовидной железы, повышает усвоение железа, участвует в восстановлении антиоксидантов. Недостаток данного элемента вызывает малокровие, нарушение функций центральной нервной системы. Таким образом, недостаточное содержание в водопроводной воде города Владимира ионов цинка, кобальта, меди и железа может способствовать формированию различных патологических изменений, нарушению минерального обмена в организме человека, снижению иммунитета, возникновению сердечно-сосудистой, эндокринной патологии и т. д. [20–22]. При недостатке данных микроэлементов в питьевой воде населению рекомендуется употребление определенных продуктов питания и витаминов.

Отдельно в Ленинском районе по калию и натрию, в Октябрьском районе по фторид-ионам, во Фрунзенском районе по сульфат- и фторид-ионам значения тоже находятся ниже минимальных допустимых гигиенических норм [5]. Эти ионы (за исключением фторид-ионов) относятся к витальным и, соответственно, участвуют в обменных процессах всех клеток организма. Недостаточное потребление калия может способствовать увеличению кровяного давления, риску образования камней в почках, экскреции кальция с мочой и развитию гипокалиемии. Дефицит калия в организме ведет к нарушению функции нервно-мышечной и сердечно-сосудистой систем нефритами, энтеритами и др. Недостаток потребления натрия может привести к сокращению содержания воды в жидкой части крови, повышению содержания в крови азотсодержащих продуктов метаболизма, сокращению объема жидкости, находящейся вне клеток организма. Что касается сульфат-ионов, считается, что высокие концентрации снижают органолептические показатели водопроводной воды, а также проявляются слабительным эффектом. Хроническое действие низких концентраций сульфатов изучены мало.

Заключение. Проведенное исследование показало, что вода централизованных источников города Владимира в целом соответствует санитарно-гигиеническим нормативам СанПиН 2.1.3684–21. Однако в централизованной водопроводной воде у жителей Ленинского района были выявлены превышения норм ПДК по фторид-ионам и жесткости. Установлено, что концентрации ионов железа, цинка, меди, кобальта, калия, натрия, фторид-ионов и сульфат-ионов в водопроводной воде отдельных районов находятся на уровне ниже минимальных значений допустимых гигиенических норм. Жителям города для восполнения возможного дефицита эссенциальных элементов рекомендуется дополнительно проводить искусственную минерализацию питьевой воды, а жителям Ленинского района дополнительно использовать бытовые фильтры, способные задерживать ионы фтора.