Environmental monitoring of drinking water quality of Birsk central water supply

Full Text

Введение

Централизованное водоснабжение городов - это сложный комплекс технических, экономических и экологических мероприятий. Для бесперебойного оснащения водой промышленных комплексов, санитарно-гигиенического благополучия населения и нормального функционирования жизни необходимо рациональное решение этих мероприятий [1].

Качество питьевой воды, подаваемой населению, - это проблема, которая требует постоянного контроля. Можно предположить, что только подземные воды могут являться надежным источником питьевых ресурсов. Однако подземные воды также могут быть загрязнены в результате неконтролируемых антропогенных воздействий [2].

В последние годы интерес к изучению гидросферы значительно возрос, так как запасы пресной питьевой воды истощаются и качество ее ухудшается. Эти аспекты напрямую связаны со здоровьем человека. Проблема качества питьевых ресурсов имеет место как на локальных уровнях, так и в масштабе планеты.

По данным некоторых литературных источников [2; 3] известно, что более миллиона жителей республики Башкортостан употребляют воду, не удовлетворяющую гигиеническим требованиям. Исследования показывают, что централизованное водоснабжение городов республики не соответствует некоторым нормам показателей мутности, жесткости, железа, марганца и микробиологическим показателям.

Данные химического и микробиологического анализов представлены в табл. 1.

 

Таблица 1 - Средние показатели химического и микробиологического анализа городов республики Башкортостан

Показатель	г. Уфа	г. Октябрьский	г. Салават	г. Бирск	г. Белебей	Норма
Мутность, балл	1,40	1,55	1,00	0,60	0,90	1,50
Жесткость, мг-экв./л	11,20	8,60	10,80	9,80	9,50	10,00
Железо, мг/л	0,32	0,28	0,35	0,17	0,21	0,30
Марганец, мг/л	0,15	0,02	0,13	0,05	0,11	0,10
ОМЧ, КОЕ/мл	55	65	45	25	20	50

 

Представленные показатели могут быть объяснены наличием крупных промышленных предприятий на территориях городов, а также высоким износом (более 70%) водопроводных сетей.

Объект исследований

Источником водоснабжения г. Бирск являются инфильтрационные воды р. Белой. Водозабор расположен на правом берегу реки Белая, оборудован 15 артезианскими скважинами, из которых 12 являются эксплуатационными и 3 наблюдательными. Скважины расположены линейно вдоль русла реки, в 180-240 м от него. Расстояние между скважинами от 75 до 200 м [3]. Подземные воды, отбираемые Костаревским водозабором из аллювиального четвертичного водоносного горизонта, относятся к Волго-Уральскому артезианскому бассейну, который, в свою очередь, входит в систему бассейнов Восточно-Европейской артезианской области [4]. Качество подземных вод соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды». Фактический водоотбор составляет 7-8 тыс. м³/сутки.

В отношении бактериологических характеристик подземные воды Костаревского водозабора являются здоровыми. Озонирование при обработке воды способствует окислению фенола, нефтепродуктов и других гидрополлютантов, а также обеспечивает улучшение органолептических свойств воды (запаха, вкуса, цветности) и обеззараживание воды [3].

Методы исследований

Определение химического состава воды проводилось титриметрическим, гравиметрическим, колориметрическим, органолептическим, микробиологическим методами исследования.

Результаты исследований и их обсуждение

По результатам проведенных исследований были установлены среднегодовые величины концентраций загрязняющих веществ в питьевой воде, поставляющейся жителям города. Основным показателем, оказывающим существенное влияние на потребителей, а также на водопроводные сети, является жесткость воды.

Жесткостью считают совокупность химических и физических свойств воды, связанных с растворенными в ней солями магния и кальция.

На Костаревском водозаборе жесткость воды практически всех скважин выходит за пределы нормы или близка к предельно допустимой.

Данные по показателю общей жесткости представлены в табл. 2.

 

Таблица 2 - Жесткость воды в скважинах Костаревского водозабора

№ скважины	Значение, мг-экв./л.	Норма по СанПиН 2.1.4.1074–01
1	10,21	10,00
2	9,86	10,00
3	8,73	10,00
4	9,91	10,00
5	10,13	10,00
6	9,98	10,00
7	9,54	10,00
8	10,15	10,00
9	10,58	10,00
10	10,42	10,00
11	9,89	10,00
12	10,35	10,00

 

Повышенная жесткость может быть обусловлена высоким содержанием солей в подземных водах, а также значительным износом сетей водоснабжения [5].

Жесткая вода негативно влияет на большинство систем организма человека. Мыльная жесткая вода плохо смывается с кожи, снимает естественный защитный жировой слой, забивает поры, ухудшает состояние волос и ногтей, способствует появлению перхоти, зуда, жжения, иных аллергических реакций [6].

Сердечно-сосудистая система также подвержена негативному влиянию жесткой воды. Постоянное употребление воды, насыщенной солями кальция и магния, может привести к возникновению камней в почках, желчном пузыре, полиартритам и артрозам и даже вызывать гипертонию и склероз [7].

Нередки случаи, когда повышенная жесткость воды приводит к нарушению функционирования мочеполовой системы, вызывая уролитиаз, мочекаменную болезнь и простатит [8].

Соли, соединяясь с белками, оседают на стенках пищевода, желудка и кишечника и вызывают дисбактериоз, нарушают обмен веществ и правильную работу ферментов. Также жесткая вода уступает более мягкой по своим органолептическим свойствам. Она имеет горьковатый привкус и при отстаивании образует осадок [9; 10].

Отрицательное воздействие жесткой воды направлено и на функционирование бытовой техники. Осаждаясь на нагревательных элементах, соли калия и магния могут вывести из строя бойлеры, стиральные и посудомоечные машины.

В ходе экологического мониторинга питьевой воды выяснилось, что вода, подаваемая населению Костаревским водозабором, соответствует СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» по всем показателям, кроме жесткости [11].

Одной из организаций, проводящих наблюдение за качеством вод, подаваемых населению, является ООО «Водоканалстройсервис». Лаборатория, функционирующая внутри предприятия, ежедневно осуществляет контроль за микробиологическим составом воды, жесткостью, ионным и катионным составом. Данные экологического мониторинга питьевой воды представлены в табл. 3.

 

Таблица 3 - Результаты мониторинга питьевой воды г. Бирск

№ п/п	Показатель	Значение			Норма, ед. изм.
		2015 год	2016 год	2017 год
1	Водородный показатель	7,73	7,96	8,12	6–9
2	Мутность	<0,58	0,58	0,58	1,5 мг/л
3	Жесткость	8,70	9,10	9,20	10 мг-экв./л
4	Вкус	0	0	0	2 балла
5	Окисляемость перманганатная	0,88	0,64	0,48	5 мг/л
6	Гидрокарбонаты	308,70	315,10	298,50	–
7	Аммонийный ион	0,22	0,15	0,34	1,5 мг/л
8	Сульфат-ион	29,95	38,19	27,38	500 мг/л
9	Хлорид-ион	104,00	99,00	110,00	350 мг/л
10	Фосфат-ион	0,02	0,01	0,01	3,5 мг/л
11	Фторид-ион	0,04	0,04	0,03	1,5 мг/л
12	Нитрат-ион	2,15	2,85	2,50	45 мг/л
13	Нитрит-ион	0,15	0,03	0,01	3,3 мг/л
14	Кальций	78,36	72,98	80,16	–
15	Железо	0,16	0,19	0,14	0,3 мг/л
16	Магний	16,30	15,80	19,30	50 мг/л
17	Марганец	0,05	0,03	0,08	0,1 мг/л
18	Фенол	0	0	0	0,25 мг/л
19	АПАВ	0	0	0	0,5 мг/л
20	Алюминий	0,02	0,01	0,02	0,5 мг/л
21	Никель	0,01	0,01	0	0,1 мг/л
22	Медь	0,02	0,01	0,02	1,0 мг/л
23	Хром	0,01	<0,01	<0,01	0,05 мг/л
24	Молибден	0,02	<0,01	0,01	0,25 мг/л
25	Нефтепродукты	0	0	0	0,1 мг/л
26	Минерализация	576,42	669,28	531,89	1000 мг/л

 

Патогенных микроорганизмов в ходе бактериологического анализа не обнаружено, что позволяет считать питьевые подземные воды здоровыми и пригодными для употребления в пищу.

Большинство показателей химического состава питьевой воды с течением времени меняются незначительно, однако наблюдается устойчивое снижение показателя перманганатной окисляемости. Это может быть обусловлено уменьшением концентрации органических и минеральных веществ в питьевой воде [12]. Резкие скачки некоторых показателей (жесткость, ион аммония, нитрит-ион, магний) связаны с подачей воды из разных скважин. Вода в накопительный резервуар поступает не из всех скважин одновременно, а попеременно. Также это объясняется нестабильностью погодных условий.

Как видно из результатов анализов, жесткость бирской воды в большей степени обусловлена ионами кальция. Токсическое действие кальция для организма человека проявляется только при длительном приеме и обычно у лиц с нарушенным обменом этого биоэлемента. При его избыточном поступлении происходит отложение кальция в органах и тканях (в коже и подкожной клетчатке, соединительной ткани по ходу фасций, сухожилий; стенках кровеносных сосудов). Для работы пищеварительного тракта отрицательное воздействие избытка кальция наблюдается в виде повышения кислотности желудочного сока, с развитием при определенных обстоятельствах язвенной болезни желудка. Также повышенное содержание ионов кальция в питьевой воде может провоцировать брадикардию, увеличивать вероятность развития ишемической болезни сердца, подагры, почечнокаменной и желчнокаменной болезни. Повышается свертываемость крови, увеличивается риск развития дисфункции щитовидной и околощитовидных желез, аутоиммунного тиреоидита. Кроме вышеперечисленного, происходит вытеснение из организма фосфора, магния, цинка, железа [4].

Однако кальций является незаменимым макроэлементом. Основная масса кальция - это основной строительный материал для костей, не участвующий в процессах обмена. Лишь 1% всей массы элемента является «обменным кальцием». Кальций участвует в физиологических процессах только в виде ионов. Ионизация кальция зависит от кислотно-щелочного баланса крови. Увеличение кислотности повышает содержание ионизированного кальция, а при увеличении содержания щелочей ионизация кальция падает. Увеличение щелочей и снижение уровня кальция ведут к резкому повышению нейромышечной возбудимости и судорогам [13]. Кальций является регулятором проницаемости клеточных мембран, ответственен за инициацию ответа клеток на внешние раздражители. Присутствие ионов кальция внутри клетки обусловливает ее дифференцирование, а также перистальтику, секрецию и сокращение мышц. Кальций регулирует работу эндокринных желез, обладает противовоспалительным и десенсибилизирующим действием, участвует в свертывании крови и укреплении иммунной системы [14; 15].

Продолжительная нехватка кальция приводит к увеличению холестерина в крови, повышению артериального давления, нарушению сердечного ритма, разрушению зубов и болезням суставов. Симптомами недостатка кальция могут являться сонливость, судороги, суставные боли [16].

Также гидрохимический анализ показал, что в исследованной воде значима концентрация ионов магния. В человеческом организме 60% магния сосредоточено в костях, остальная его часть участвует в работе мышц, клеток сердца и головного мозга. Ионы магния необходимы организму человека для выработки белка, расщепления глюкозы, усвоения некоторых водорастворимых витаминов; они принимают активное участие в выведении токсинов [17].

Магний способствует усвоению кальция и некоторых водорастворимых витаминов, помогает метаболизму фосфора, натрия, калия, улучшает выработку ферментов. Также магний улучшает работу сердца, нормализует артериальное давление и пульс, уменьшает образование тромбов, расширяет сосуды, регулирует количество сахара в крови [18]. Обладая антистрессовым эффектом, магний стабилизирует работу нервной системы, снижает утомляемость и раздражительность, успокаивает сон, расслабляет мышцы и снижает различные спазмы. Благотворно магний влияет и на репродуктивную систему, снижает риск выкидышей и преждевременных родов [19].

При достаточном поступлении в организм магния отсутствует риск возникновения несварения и спазмов гладких мышц печени, отложения камней в желчном пузыре. Дефицит магния опасен судорогами и неблагоприятным влиянием на нервную систему [20]. Избыток магния в организме приводит к угнетению рефлексов, снижению иммунитета, артериального давления, появлению сонливости, снижению активности нервной системы, брадикардии, остеопорозу, парестезии [21].

Еще один показатель состава питьевой воды города Бирска выявлен в значимой концентрации. Уровень содержания ионов марганца оказался лишь на 20% ниже предельно допустимой концентрации, что положительно характеризует качество исследованной питьевой воды. Марганец относится к важнейшим биоэлементам (микроэлементам) и является компонентом множества ферментов, выполняя в организме многочисленные функции. При дефиците марганца появляется утомляемость, слабость, головокружение, плохое настроение, происходит ухудшение процессов мышления, снижение памяти и способности к принятию острых решений, могут появиться склонность к спазмам и судорогам, боли в мышцах, двигательные расстройства, дегенеративные изменения суставов, нарушения пигментации кожи, снижение уровня «полезного» холестерина в крови, нарушение толерантности к глюкозе, нарастание избыточного веса, бесплодие, расстройства иммунитета, аллергические реакции, задержка развития у детей [4].

Содержание фторид-ионов в исследованной воде оказалось крайне незначительным. Известно, что фтор поступает в организм человека главным образом с питьевой водой. Физиологическое качество воды ухудшается как при повышенном содержании фтора, так и при слишком малом его количестве. Избыток фтора в организме приводит к флюорозу, тормозит образование антител в крови и угнетает многие ферментативные процессы. При дефиците фтора в источнике водоснабжения резко возрастает заболеваемость кариесом, особенно среди детей, что, в свою очередь, может привести к поражению сердца, суставов и желудочно-кишечного тракта [22].

Вывод

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что вода, добытая из скважин Костаревского водозабора, содержит относительно оптимальное количество макро- и микроэлементов для нормального функционирования организма человека. К основным недостаткам гидрохимического состава питьевой воды можно отнести высокий уровень общей жесткости и низкое содержание фторид-ионов.

About the authors

Aysylu Ayratovna Islamova

Birsk Branch of Bashkir State University

Author for correspondence.
Email: islamova.81@list.ru

candidate of biological sciences, associate professor of Biology and Ecology Department

Russian Federation

Maria Yuryevna Kolbina

Birsk Branch of Bashkir State University

Email: islamova.81@list.ru

master student of Biology and Ecology Department

Russian Federation

Rishat Yakhievich Safikhanov

Birsk Branch of Bashkir State University

Email: safikhanov_rishat@rambler.ru

candidate of biological sciences, associate professor, director of the College

Russian Federation

References

Supplementary files