Гигиеническая оценка содержания железа в водопроводной воде административных центров севера Тюменской области

Введение. Города Ханты-Мансийск и Салехард являются административными центрами автономных округов – Ханты-Мансийского (ХМАО) и Ямало-Ненецкого (ЯНАО) – составных частей Тюменской области. Ханты-Мансийский автономный округ расположен в ее центральной части, а Ямало-Ненецкий автономный округ – в северной. Климат в ХМАО – умеренный, а в ЯНАО приближен к экстремальному. В течение всего года отмечены сильные ветры, магнитные бури, неблагоприятный фотопериодизм [1–5].

Наряду с пищей питьевая вода является важнейшим звеном пищевой цепи поступления химических элементов в организм человека. Учеными доказана прямая связь между нарушением здоровья и использованием с питьевой целью некачественной воды [6–12]. Железо является наиважнейшим контаминантом природных вод в Тюменской области [13], повышенные концентрации которого могут быть обусловлены как естественными характеристиками источника воды, так и повторным микрозагрязнением вследствие изношенности водопроводных труб [14].

Для централизованного водоснабжения населения г. Ханты-Мансийска используются подземные воды водозабора «Северный», состоящего из 10 артезианских скважин. Технология водоподготовки: очистка исходной воды от песка и твердых взвешенных частиц на гидроциклонах, фильтрование горелой породой марки «Розовый песок», обработка озоно-воздушной смесью, дегазация и насыщение воды кислородом на вакуумно-эжекторных установках, фильтрация активированным углем, обеззараживание воды ультрафиолетовым облучением. Износ водопроводных сетей – 26,3 %¹.

Для централизованного водоснабжения населения г. Салехарда используются подземные воды двух водозаборов: городского, расположенного на юго-восточной окраине города, и водозабора мыса Корчаги, расположенного на правом берегу р. Оби в 5 км от северной окраины г. Салехарда.

Исходная вода проходит этапы обезжелезивания, дегазации, насыщения кислородом, фильтрации кварцевым песком и обеззараживания УФО. Износ водопроводных сетей г. Салехарда – 82,1 %².

Цель работы: сравнительная оценка содержания железа в питьевой воде гг. Ханты-Мансийска и Салехарда на основе учета превышения предельно допустимой концентрации и расчета риска для здоровья.

Материалы и методы. Химический состав питьевой воды был определен в административных центрах ХМАО и ЯНАО – гг. Ханты-Мансийске и Салехарде соответственно: проведены исследования пятидесяти проб воды из каждого города в течение года. Контроль анализов воды и водопроводной сети проводился по ГОСТ 31861–2012³. Отобранные пробы проанализированы на содержание железа. Данное исследование проведено в ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в ХМАО-Югре» и ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Ямало-Ненецком автономном округе» методом спектрофотометрии с использованием спектрофотометра UNICO 2100. Оценка полученных данных проводилась соответственно СанПиН 1.2.3685–21⁴.

Для оценки риска развития неканцерогенных эффектов проводили подсчет параметра опасности соответственно данным Р 2.1.10.1920–04⁵ по формуле: HQ = AC/RfC, где: HQ – коэффициент опасности; AC – средняя концентрация, мг/м3; RfC – безопасная концентрация, мг/м3. Расчеты значений и построение таблиц проведены с использованием программы Microsoft Excel 2010.

Высчитывали среднее арифметическое (М), среднеквадратичное отклонение (σ), медиану (Ме), минимальное (min) и максимальное (max) значения. Статистически значимыми считали различия при р < 0,05.

Результаты. На севере Тюменской области функционирует мощная промышленность, по своим масштабам превосходящая показатели других приполярных стран. Ведущее место в структуре экономики тюменского Севера занимает нефтегазовый комплекс: крупнейший производитель нефти (56 %) и попутного газа в стране [15].

Установлено широкое колебание содержания Fe в различных анализах водопроводной воды. Это объясняется забором исследуемой воды из различных источников и разным уровнем эксплуатационного износа водопроводных труб. Средние величины содержания Fe в водопроводной воде г. Ханты-Мансийска соотносились с предельно допустимой концентрацией, а в г. Салехарде превышали его в 1,5 раза по значению М и почти в 1,3 раза – Ме и оказались достоверно выше подобного показателя в г. Ханты-Мансийске (p = 0,002) (табл. 1).

Анализ концентрации элемента в отдельных пробах водопроводной питьевой воды, взятой в административных центрах севера Тюменской области, показал превышение ПДК по Fe различной степени выраженности только в 5 (10 %) пробах исследуемой воды в г. Ханты-Мансийске и в 33 (66 %) – в г. Салехарде (табл. 2).

Итак, качество водопроводной воды г. ХантыМансийска в 45 (90 %) пробах совпадало с гигиеническими критериями по концентрации в ней Fe. В г. Салехарде по данным показателям было выявлено соответствие гигиеническим требованиям только в 17 (34 %) пробах, в остальных пробах было выявлено превышение ПДК: в 22 (44 %) – незначительное превышение, а в 11 (22 %) анализируемых пробах – выраженное превышение содержания Fe в питьевой воде по отношению к ПДК.

В Ханты-Мансийске и Салехарде подземные воды перед подачей в распределительную сеть проходят сопоставимую и качественную водоподготовку. Статистически значимые различия концентрации Fe в питьевой воде, взятой уже непосредственно из кранов потребителей, можно объяснить в 3 раза более изношенными водопроводными сетями в Салехарде (82,1 %)⁶ по сравнению с Ханты-Мансийском (26,3 %)⁷. Расчет потенциального риска развития патологий соответствующих органов и систем в связи с постоянным употреблением питьевой воды показал, что в г. Салехарде он в 2 раза выше соответствующего показателя в г. Ханты-Мансийске.

Обсуждение. По мнению ученых, важнейшим условием сохранения здоровья населения является оптимальная среда обитания [8][16]. При изменяющихся параметрах природной среды выработанные эволюционно механизмы приспособления детерминируют ответ организма на превышение или недостаток химических элементов в окружающей среде. Доказано основное перемещение химических элементов в биосфере посредством водной среды. Для определенной территории химическая структура природной воды является неповторимой и определяющей элементный состав человеческого организма [6][17–20].

Человек получает химические элементы из внешней среды и неизменно зависит от химической структуры вдыхаемого воздуха, потребляемых пищи и воды. Дисбаланс возможен в случае недостаточного или избыточного поступления их в организм [19][20]. При этом наибольшему риску развития микроэлементозов подвержены беременные и кормящие женщины, дети, подростки и граждане пожилого возраста [21][22].

Будучи эссенциальным биоэлементом, Fe участвует в обеспечении организма человека кислородом, катализирует реакции окисления и восстановления, способствует вырабатыванию энергии [23–25]. Элемент обладает высокой кумулятивной способностью с периодом полувыведения из организма до 5,5 года. Однако эффективных механизмов удаления Fe из организма не существует: только за счет пассивной элиминации за счет десквамации покровных тканей (кишечника, кожи) и выделения с биологическими жидкостями (моча, пот, желчь) и с микрокровотечениями. С этим свойством Fe связана и опасность для здоровья человека: избыточное накопление Fe в организме человека ускоряет окислительно-восстановительные реакции c образованием избыточного количества свободных радикалов, что приводит к развитию окислительного стресса [22–27].

Доказано, что Fe является важнейшим поллютантом природной среды [26][29]. Пищевое Fe не способно негативно воздействовать на человеческий организм, в то время как неорганическое Fe обладает иммунодепрессантными свойствами [6][30]. Потенциальный риск формирования патологии, связанный с потреблением питьевой воды, установил его отсутствие в г. Ханты-Мансийске: HQ = 0,73 (норма – HQ < 1,0) и превышение в 1,5 раза в г. Салехарде: HQ = 1,52.

В случае повышенного поступления тяжелых металлов в течение длительного времени организм человека способен до некоторого предела привлекать собственные внутренние ресурсы с целью сохранения гомеостаза, однако через некоторый промежуток времени закономерно начинается его расстройство [13][24–26][28–30].

Выводы

1. Установлен достоверно более высокий средний показатель концентрации железа, превышающий ПДК, в питьевой воде г. Салехарда (р = 0,002) сравнительно с аналогичным показателем в г. Ханты-Мансийске.

2. Гигиеническим требованиям по содержанию железа соответствовали 90 % проб водопроводной воды г. Ханты-Мансийска и только 34 % проб г. Салехарда.

3. Риск развития неканцерогенных заболеваний, обусловленный повышенным содержанием железа в питьевой воде, отсутствует в г. ХантыМансийске (HQ = 0,73) и выявлен в г. Салехарде (HQ = 1,52).

4. Для обеспечения населения качественной и безопасной для здоровья питьевой водой в Ямало-Ненецком автономном округе необходима замена устаревших разводящих сетей.

5. Рекомендована организация и проведение мониторинга качества водопроводной воды для установления причинно-следственных связей между состоянием здоровья населения и воздействием факторов среды обитания.