Коньшина Л.Г., Лежнин В.Л.,
Институт промышленной экологии Уральского отделения РАН, Екатеринбург, Россия
Введение
По оценкам обеспеченности населения запасами и ресурсами подземных вод территория ЯНАО относятся к наиболее благоприятным регионам Российской Федерации. Основная часть вод сосредоточена в гидрогеологических структурах Западно-Сибирского артезианского мегабассейна. Основные типы подземных вод: гидрокарбонатные магниевые или магниево-кальциевые. Кроме того, воды имеют ряд других особенностей:
- распространение маломинерализованных ультрапресных вод с низкой жесткостью и повышенным содержанием силикатов, которое превышает гигиенический регламент.
- значительное повсеместное превышение нормативных показателей по железу (преимущественно двухвалентному) и марганцу.
- отсутствие или крайне низкое содержание фтора, отсутствие йода.
Качество питьевых подземных вод на эксплуатируемых месторождениях города Салехарда по обобщенным санитарно-токсикологическим и органолептическим показателям соответствует СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Превышение ПДК установлено по уровням железа общего, марганца, кремния, что затрудняет эксплуатацию месторождений. Подземные воды не могут использоваться для питьевого водоснабжения без соответствующей сложной водоподготовки.
Методика исследования
Проведено изучение химического состава питьевой воды, подаваемой для хозяйственно-питьевых нужд населения г.Салехарда. В связи с дополнительной очисткой воды на стационарных фильтрах в детских дошкольных учреждениях изучены характеристики питьевой воды в 16 детских дошкольных учреждениях (ДДУ).
Пробы питьевой воды отбирались в течение нескольких сезонов 2007 года, в частности в период весеннего паводка. В воде определялся большой набор ингредиентов: органолептические показатели, водородный показатель, жесткость общая, карбонатная, сухой остаток, минерализация, кремний, окисляемость, ХПК, натрий, калий, ион аммония, кальций, магний, железо общее, хлориды, сульфаты, нитраты, нитриты, карбонаты, медь, цинк, марганец, свинец, кадмий, никель, кобальт, мышьяк, фтор, стронций, селен, бериллий, бор, бром, иод, вольфрам, хром общий и шестивалентный, алюминий, ртуть, молибден, литий, фосфаты, ванадий, поверхностно-активные вещества, фенолы, нефтепродукты, БПК – всего более 50 показателей. На основании результатов лабораторных исследований сезонных отборов проб воды рассчитывались среднегодовые концентрации, которые впоследствии и включались в расчет риска для здоровья.
В качестве методической основы оценки опасности для здоровья населения использовалась традиционная процедура оценки риска, рекомендованная Федеральным центром «Роспотребнадзора» [1, 2]. Используемый подход позволяет выявить относительный вклад в установленные уровни риска конкретных веществ, загрязняющих объекты окружающей среды. Отдельно определен риск для здоровья организованного и неорганизованного детского населения.
Основными этапами оценки риска являются:
Идентификация опасности, которая предусматривает выявление всех потенциально опасных факторов, а также отбор приоритетных факторов, подлежащих углубленному исследованию в процессе оценки риска.
Оценка экспозиции - характеристика уровней, продолжительности, частоты и путей воздействия исследуемых факторов на оцениваемые группы населения. На данном этапе определяются воздействующие дозы.
Оценка зависимости «доза-ответ» - количественная характеристика связей между концентрацией, экспозицией или дозой изучаемого фактора и вызываемыми им вредными эффектами.
В методологии оценки риска в качестве параметров для определения неканцерогенного риска используются референтные уровни воздействия (референтные дозы и концентрации). При оценке риска развития неканцерогенных эффектов, как правило, исходят из предположения о наличии порога вредного действия, ниже которого вредные эффекты не развиваются.
Для большинства химических веществ, не обладающих канцерогенным действием, оценка риска проводится на основе коэффициента опасности (HQ), представляющего собой соотношение между величиной экспозиции (например, суточной дозой, ADD) и безопасным уровнем воздействия (референтной дозой,). HQ = ADD/RfD (ADD – суточная доза; RfD – референтная доза). Показатели, полученные в ходе исследований, дают возможность оценки риска по широкому спектру нарушений состояния здоровья человека.
Характеристика риска. Цель данного этапа – установление приоритетов и тех рисков, которые должны быть предотвращены или снижены до допустимого уровня.
Для условий комбинированного воздействия (одновременного действия нескольких веществ) характеристикой суммарного неканцерогенного риска является величина индекса опасности (HI):
HI = HQ1 + HQ2 + HQ3 +…. HQn;
где HI – индекс опасности;
HQ1, HQ2, HQ3, HQn – коэффициенты опасности нескольких химических веществ.
Результаты и обсуждение
В настоящее время водоснабжение города Салехарда осуществляется за счет двух водозаборов, эксплуатирующих месторождение пресных подземных вод. Одни водозабор находится в 15 км северу от города, на правом берегу р. Обь, в районе мыса Корчаги и состоит из 29 эксплутационных скважин. Из скважин вода поступает по трубопроводу на очистные сооружения, расположенные в 450 м, и после очистки подаётся в город. Производительность водоочистных сооружений (ВОС) на м. Корчаги -15000 м3/сут. ВОС-15000 состоит из двух очередей, которые были последовательно введены в эксплуатацию — 1 очередь в сентябре 2001г., 2 очередь в ноябре 2003г.
Второй водозабор располагается на северо-восточной окраине города, в пределах городской застройки. На территории водозабора имеется 10 эксплуатационных скважин. От скважин по трубопроводам вода поступает в накопительные ёмкости станции второго подъёма, которая находится на территории водозабора, и далее по магистральному трубопроводу длиной 900 метров перекачивается на водоочистную станцию, введенную в эксплуатацию в I997году. Производительность ее 5000 м3/сут.
Основным источником водоснабжения города является водозабор, расположенный на м. Корчаги. Существующее положение водозабора позволяет установить и соблюдать зоны санитарной охраны.
Воды водоносного комплекса современных верхнечетвертичных отложений по своему химическому составу относятся к ультрапресным и, реже, пресным (значения сухого остатка 0,03-0,23 г/л), очень мягким (величины общей жесткости 0,65-2,1 ммоль/дм3) гидрокарбонатным водам магниевого, кальциево-магниевого состава и околонейтральной реакцией среды (рН 6,5-7,9). Подземные воды характеризуются повышенными (более ПДК) содержаниями железа и марганца и кремния. В связи с этим данные элементы являются приоритетными показателями качества подземных вод по органолептическому (Fe, Мn) и санитарно-токсикологическом (Si) признаку вредности. Величины суммарной α- и β-активности подземных вод верхнечетвертичного современного водоносного комплекса, служащие радиационными показателями качества питьевых вод, не превосходят 0,02 Бк/л и <0,05 Бк/л соответственно. Органолептические свойства подземных вод в большинстве случаев соответствуют установленным СанПиН 2.1.4.1074-01 нормативам балльности по запаху и привкусу, предельным единицам цветности и мутности [3]. Подземные воды характеризуются безопасностью в эпидемическом отношении. Качественный состав подземных вод пригоден (после дополнительной очистки на имеющейся станции ВОС) для водоснабжения города питьевой водой. Техногенная нагрузка на территорию представлена, главным образом, объектами добычи подземных вод, ее водоподготовки и транспортировки потребителю, а также сопутствующей инфраструктурой.
На выходе скважин обоих водозаборов в воде, по-прежнему, во всех пробах определяются высокие уровни железа и марганца от 2 до 10 раз превышающих ПДК. Концентрации кремния, как правило, выше ПДК в 2,0 – 2,5 раза, возможны нарушения нормативов по цветности, мутности, нефтепродуктам и запаху (табл. 1).
Таблица 1. Показатели качества подземных вод, выводимых скважинами водозаборов
| № | Показатели | Ед.изм. | ПДК | min | max | средняя |
| 1 | pH | ед.рН | 6-9 | 6,0 | 7,2 | 6,5 |
| 2 | Общая жесткость | ммоль/дм3 | 7 | 0,55 | 1,32 | 0,94 |
| 3 | Железо, общее | мг/дм3 | 0,3 | 0,9 | 12,8 | 4,94 |
| 4 | Марганец (суммарно) | мг/дм3 | 0,1 | 0,2 | 1,0 | 0,47 |
| 5 | Кальций | мг/дм3 | - | 6 | 16,6 | 8,9 |
| 6 | Магний | мг/дм3 | 50 | 3,0 | 12,0 | 6,6 |
| 7 | Фториды (F- ) | мг/дм3 | 1,5 | < 0,015 | 0,3 | 0,1 |
| 8 | Хлориды (Cl-) | мг/дм3 | 350 | н/опр. | <10 | <10 |
| 9 | Сульфаты (SO42-) | мг/дм3 | 500 | н/опр. | 6,4 | 4,0 |
| 10 | Сухой остаток | мг/дм3 | 1000 | 50 | 138 | 103,5 |
| 11 | Нефтепродукты (суммарно) | мг/дм3 | 0,1 | н/опр. | 0,15 | 0,04 |
| 12 | Фенолы | мг/дм3 | 0,001 | н/опр. | < 0,05 | < 0,005 |
| 13 | Кремний | мг/дм3 | 10,0 | 13,6 | 27,2 | 24,5 |
Очистка пресных подземных вод осуществляется с помощью установки обезжелезивания «Деферрит». Затем вода поступает в резервуары чистой воды, расположенные на территории водоочистных сооружений. На ВОС- 15000 установлено три резервуара чистой воды, из них два объемом по 2000 м3 каждый и один объёмом 1000 м3. На ВОС-5000 установлено два резервуара чистой воды объемом 2000 м3 каждый. В результате значительно снижаются уровни железа, в некоторой степени марганца и кремния (табл. 2).
Таблица 2. Качество воды, подаваемой цехом ВОС предприятия «Водоканал» МП «Салехардэнерго» в централизованную систему питьевого водоснабжения
| № | Показатели | Ед.изм. | ПДК | Водораздача ВОС-5000 | Водораздача ВОС-15000 | Средняя величина |
| 1 | pH | ед.рН | 6-9 | 6,8 | 6,9 | 6,9 |
| 2 | Общая жесткость | ммоль/дм3 | 7 | 2,7 | 1,8 | 2,0 |
| 3 | Железо, общее | мг/дм3 | 0,3 | 0,18 | 0,26 | 0,24 |
| 4 | Марганец | мг/дм3 | 0,1 | 0,99 | 0,26 | 0,42 |
| 5 | Кальций | мг/дм3 | - | 1,3 | 9,9 | 7,8 |
| 6 | Магний | мг/дм3 | 50 | 1,0 | 6,9 | 5,4 |
| 7 | Фториды (F- ) | мг/дм3 | 1,5 | 0,25 | < 0,015 | 0,074 |
| 8 | Хлориды (Cl-) | мг/дм3 | 350 | 21 | < 10 | 12,8 |
| 9 | Сульфаты (SO42-) | мг/дм3 | 500 | < 2,0 | < 2,0 | < 2,0 |
| 10 | Сухой остаток | мг/дм3 | 1000 | 190 | 110 | 130 |
| 11 | Нефтепродукты | мг/дм3 | 0,1 | 0,054 | 0,026 | 0,033 |
| 12 | Фенолы | мг/дм3 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 |
| 13 | Кремний | мг/дм3 | 10,0 | 23,0 | 22,1 | 24,2 |
В дополнение к имеющимся данным по составу питьевой воды, подаваемой всему населению города, проанализирована вода, используемая в детских дошкольных учреждениях (ДДУ). Во всех обследованных шестнадцати ДДУ осуществляется дополнительная очистка поступающей питьевой воды на стационарных фильтрах, (применены комплектующие ведущих мировых производителей, в частности «Ecowater systems») что приводит к еще более значительному снижению по сравнению с исходной водой повышенных уровней химических веществ, особенно марганца, нефтепродуктов и железа.
Питьевая вода в детских садах в целом характеризуется низкой минерализацией, отсутствием превышения нормативов практически по всем токсическим ингредиентам. В количествах выше ПДК присутствуют марганец, кремний, периодически повышено содержание фенолов (табл. 3).
Таблица 3. Качество питьевой воды в детских дошкольных учреждениях г. Салехарда
| Показатели | Нормативы | Пределы колебаний | Средняя |
| водородный показатель | 6,0 – 9,0 | 5,8 - 7,4 | 6,7 |
| общая жесткость | 7,0 | 1,4 – 1,9 | 1,7 |
| железо | 0,3 мг/л | 0,05 – 0,20 | 0,14 |
| марганец | 0,1 мг/л | <0,01 – 0,27 | 0,02 |
| кальций | - | 13,2 – 21,5 | 15,6 |
| магний | - | 7,5 – 10,9 | 9,0 |
| фтор | 1,5 мг/л | 0,07 – 0,13 | 0,09 |
| хлориды | 350,0 мг/л | 5,3 – 19,5 | 10,4 |
| сульфаты | 500,0 мг/л | 4,1 – 19,8 | 7,8 |
| сухой остаток | 1000,0 | 90,0 – 174,0 | 117,6 |
| нефтепродукты | 0,1 мг/л | <0,01 – 0,05 | 0,002 |
| фенолы | 0,001 мг/л | <0,001 – 0,003 | 0,001 |
| кремний | 10,0 | 17,8 - 25,1 | 23,0 |
Веществ, обладающих канцерогенными свойствами, в очищенной питьевой воде в значительных количествах не обнаружено. Вследствие этого можно заключить, что данная вода не представляет канцерогенной опасности для детского и взрослого организма. Поэтому дополнительный риск для здоровья населения связан только с токсическим воздействием. Оценка риска предполагала определение неканцерогенного риска при пероральном поступлении питьевой воды в организм. Более сложным для анализа и расчетов риска является сценарий ингаляционного воздействия в результате попадания загрязняющих веществ с испарившейся водой в организм человека через дыхательные пути. В связи с тем, что для присутствующих в воде неорганических веществ, коэффициенты диффузии из воды в атмосферный воздух близки к нулю [2], ингаляционный путь поступления железа, марганца и кремния не рассчитывался. Что касается фенола, то из-за низких концентраций и отсутствия в воде на протяжение почти всего года, расчет средней суточной дозы при ингаляционном поступлении за счет испарения из питьевой воды также признан нецелесообразным.
Известно, что железо является незаменимым элементом в питании человека. Соединения железа в высоких концентрациях обладают общим токсическим действием. Токсические свойства железа связаны с конкурентными взаимоотношения с другими металлами, может возникнуть астено-вегетативный синдром с сосудистой дистонией, нарушения функции печени, снижение желудочной секреции. Очень высокие уровни поглощения марганца наблюдаются у детей младшего возраста. Абсорбированный марганец транспортируется в печень. При взаимодействии окиси кремния с биосредой образуются кремниевые кислоты и кремнийорганические соединения. Коллоидная кремниевая кислота является сильным гемолитическим агентом. Она вызывает изменение соотношения сывороточных белков, ингибирует ряд дыхательных и тканевых ферментов, нарушает метаболизм аминокислот, углеводов, липидов, фосфора.
Неканцерогенные риски рассчитывались исходя из среднедневной поступающей дозы и референтной дозы веществ (табл. 4) [2]. При отсутствии данных по величине референтной дозы для кремния использовалась величина предельно-допустимой концентрации.
Таблица 4. Значения референтных доз
| Вещество | Референтная доза (RfD), мг/кг | ПДК, мг/дм3 |
| железо | 0,3 | 0,3 |
| марганец | 0,14 | 0,1 |
| фенолы | 0,3 | 0,001 |
| нефтепродукты | 0,03 | 0,1 |
| кремний | - | 10,0 |
Коэффициенты опасности определялись для 5-и веществ: марганца, железа, фенола, кремния и нефтепродуктов. Оценка неканцерогенного риска рассчитана для двух групп детского населения: посещающих ДДУ и для неорганизованных детей. Анализ схемы разводки водопроводных сетей, наличия тупиковых участков в районах расположения ДДУ показал наличие тупиков вблизи садиков: NN 2, 8, 12 и 19. Какого-либо влияния застоя воды в тупиковых участках на ее качество в детских садах не выявлено. Как показали расчеты, системы очистки питьевой воды в детских дошкольных учреждениях приводит к некоторому снижению токсической опасности воды: индекс опасности для детей, посещающих ДДУ ниже, чем для неорганизованных детей (табл. 5). Индексы опасности, обусловленные воздействием загрязнителей питьевой воды, во всех ДДУ близки между собой и, как правило, колебались от 2,2 до 2,5.
Таблица 5. Коэффициенты опасности для детей от 0 до 6 лет
| Вещество | Дети из ДДУ | Неорганизованные дети |
| Железо | 0,04 | 0,05 |
| Марганец | 0,10 | 0,19 |
| Нефтепродукты | 0,04 | 0,07 |
| Кремний | 2,3 | 2,4 |
| Фенолы | 0,0002 | 0,0002 |
| Индекс опасности (HI) | 2,48 | 2,71 |
Коэффициенты и индекс опасности для более старших детей, при отсутствии дополнительной очистки питьевой воды в домашних условиях, представлены в таблице 6.
Таблица 6. Коэффициенты опасности для детей 7-14 лет
| Вещество | Коэффициенты опасности (HQ) |
| Железо | 0,03 |
| Марганец | 0,10 |
| Нефтепродукты | 0,04 |
| Кремний | 2,4 |
| Фенолы | 0,0001 |
| Индекс опасности (HI) | 2,57 |
При существующем на настоящее время качестве питьевой воды в разводящей системе централизованного водоснабжения города и неиспользовании домашних фильтров или бутилированной воды, опасность для здоровья взрослого населения выражается в следующих величинах (табл. 7).
Таблица 7. Коэффициенты опасности для взрослого населения, от 15 до 70 лет
| Вещество | Коэффициенты опасности (HQ) |
| железо | 0,02 |
| марганец | 0,04 |
| нефтепродукты | 0,03 |
| кремний | 2,4 |
| фенолы | 0,0001 |
| Индекс опасности (HI) | 2,49 |
Таким образом, для всех возрастных групп наибольшие величины коэффициентов опасности обусловлены соединениями кремния. Коэффициенты опасности железа, марганца, нефтепродуктов и фенолов (в сумме от 0,13 до 0,31) показывают, что данные вещества в присутствующих количествах не могут оказывать заметное токсическое воздействие на организм.
При имеющемся на настоящее время качестве питьевой воды, при условии неиспользования бутилированной воды средний индекс опасности, характеризующий токсическое воздействие питьевой воды на организм человека в течение всей жизни, ориентировочно составляет 2,53 (табл. 8).
Таблица 8. Средние коэффициенты опасности в течение жизни
| Вещество | Коэффициенты опасности |
| железо | 0,03 |
| марганец | 0,06 |
| нефтепродукты | 0,04 |
| кремний | 2,4 |
| фенолы | 0,0001 |
| Индекс опасности (HI) | 2,53 |
Необходимо обратить внимание, что используемая вода не является физиологически полноценной из-за низкого содержания кальция, магния, натрия и калия, а также практически отсутствия фтора и йода. Повышенные концентрации марганца, кремния и фенолов могут негативно влиять на кровь, центральную нервную систему, почки, желудочно-кишечный тракт, иммунную систему.
Выводы
1. Качество питьевой воды в г.Салехарде не удовлетворяет санитарным требованиям по содержанию кремния и марганца, периодически по фенолам.
2. Существующая в детских дошкольных учреждениях дополнительная очистка питьевой воды на стационарных фильтрах, приводит к значительному снижению концентрации марганца.
3. Уровни токсичности питьевой воды для детского организма превосходят показатели для взрослых.
4. В городе существует серьезная проблема снижения содержания соединений кремния в питьевой воде.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оценка риска и экологическая эпидемиология (Сборник инструктивно-методических документов). Екатеринбург, 2000. – 204с.
2. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. – М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. – 143 с.
3. СанПиН Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. 2.1.4.1074-01.