Вода относится к основным факторам, влияющим на здоровье людей. Отрицательное воздействие на организм человека могут оказывать не только вещества-загрязнители, но и естественные компоненты природных вод (медь, цинк, железо, ХПК), концентрация которых может быть значительно выше или ниже содержания необходимого для нормальной жизнедеятельности человека. От качества питьевой воды зависит здоровье человека, по оценкам некоторых специалистов, до 50% всех заболеваний жителей Земли связаны именно с качеством потребляемой ими воды [3]. С водой человек получает от 1 до 25% суточной потребности минеральных веществ. Химические элементы, поступающие внутрь человека с водой, и особенно, с минеральной, быстрее и лучше усваиваются, чем поступившие с продуктами питания [9].
В сфере федеральных интересов находятся в основном питьевые и минеральные воды; удовлетворение текущих и перспективных потребностей населения России их качественными запасами имеет огромное значение, как для социальной стабильности, так и для поддержания здоровья нации.
Пресные подземные воды – наиболее надёжный источник обеспечения населения питьевой водой высокого качества, защищенный от загрязнения с поверхности; минеральные воды – доступное и эффективное лечебное и профилактическое средство. Важным фактором, отличающим подземные воды от других видов полезных ископаемых, является динамичность запасов и ресурсов, зависимость их качества от изменчивых природных и антропогенных факторов.
Запасы пресных вод (подземных и поверхностных), пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, невелики. На их долю приходится около 2% от общего объема воды Мирового океана. Более 98% всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности. В связи с усиливающимся загрязнением поверхностных вод, будет возрастать роль подземных вод как источников водоснабжения. Подземные воды составляют 14% запасов пресных вод [1].
Под воздействием антропогенной нагрузки происходит ухудшение качества и загрязнение подземных вод. Качество подземных вод многих месторождений не отвечает современным нормативным требованиям, предъявляемым к питьевым водам. При этом в большинстве водозаборов такое несоответствие связано с природными условиями формирования качества подземных вод, а так же с техногенным их загрязнением. Количество выявленных очагов загрязнения подземных вод постоянно растёт. Загрязняющими подземные воды веществами являются соединения азота, нефтепродукты, сульфаты и хлориды, тяжелые металлы, фенолы. Источниками загрязнения служат накопители отходов и сточных вод, крупные полигоны ТБО, нефтепромыслы и нефтебазы, промышленные площадки и т.д. Участки загрязнения грунтовых вод связаны с предприятиями химической, энергетической, нефтехимической, нефтедобывающей, машиностроительной промышленности и сельского хозяйства. Биологическое загрязнение подземных вод вызывается микро¬организмами, поступающими при инфильтрации фекальных и ком¬мунально-бытовых сточных вод из выгребных ям, канализацион¬ной сети, скотных дворов, полей фильтрации, а также при исполь¬зовании береговыми водозаборами загрязненных речных вод. Из мелководных водохранилищ и прудов-охладителей с теплой водой могут проникать сине-зеленые водоросли и другая микрофлора по водоносному горизонту в водозаборные скважины, находящиеся на расстоянии десятков метров и более от берега. Эти микроорганиз¬мы вызывают обрастания трубопроводов, резервуаров и ухудша¬ют качество воды [11].
Очень важно отметить, что специальных работ по изучению загрязнения подземных вод на большей части территории России недропользователи не ведут. Оценка качества подземных вод осуществляется по результатам разовых и разновременных опробований и по ограниченному набору компонентов. Современное состояние качества пригодных для использования подземных вод свидетельствует о необходимости усилить контроль над ним на основе обязательного мониторинга на всех объектах, где возможно негативное воздействие на подземные воды [5].
Целью нашей работы явилась оценка качества (подземных) вод нецентрализованного водоснабжения (скважины, родники, колодцы) Череповецкого района Вологодской области, используемых для питьевых целей, по нескольким химическим показателям: кислотно-основным свойствам (рН), общей и карбонатной жесткости, содержание ионов аммония, общего железа, хлоридов, сульфатов, нитратов, ортофосфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, количество растворенного кислорода; некоторым органолептическим и микробиологическим показателям. Названные показатели входят в перечень гигиенических требований к качеству питьевой воды.
Практическая значимость: заключение о возможности использовать водные объекты (для питьевых, хозяйственных или других нужд), выяснение причин загрязнения, определение способности водоёма к самоочищению.
Актуальность исследования заключается в том, что мониторинг за состоянием подземных вод способствует оптимизировать эксплуатационные ресурсы области в использовании воды и прогнозировать трансформацию водных объектов в условиях увеличивающейся антропогенной нагрузки. Наши исследования позволят дополнить и расширить данные по водным объектам Вологодской области.
Характеристика района исследования
Подземные воды являются одним из важнейших полезных ископаемых и имеют стратегическое значение как единственно надежный источник питьевого водоснабжения населения. Вологодская область располагает значительными ресурсами подземных вод: от пресных для хозяйственно-питьевого водоснабжения до минеральных вод и рассолов, применяемых в качестве лечебных.
Недра Вологодской области содержат пресные (с минерализацией до 1 г/дм3), слабоминерализованные (1-3 г/дм3) и минеральные воды (более 3 г/дм3). Ресурсный потенциал пресных и слабосолоноватых подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, на сегодня оценивается в 7556,2 тыс. м3/сут, из них с минерализацией до 1,0 г/дм3 – 6918,8 тыс.м3/сут, что значительно выше водопотребности области в воде питьевого качества, однако обеспеченность подземными водами территории области крайне неравномерна. Основной объем запасов питьевых подземных вод сосредоточен в западной части области, где распространены водообильные каменноугольные отложения, в отличие от центральной и восточной, которые обеспечены подземными водами слабо и неравномерно.
По состоянию на 01.01.2012 на территории области разведаны: 105 месторождений (участка) питьевых, 5 технических и 17 (участков) минеральных лечебных подземных вод [4].
Извлечение подземных вод из недр осуществляется одиночными скважинами, централизованными водозаборами, шахтными колодцами, при каптаже родников и карьерной разработке месторождений полезных ископаемых.
В целом по области, по-прежнему преобладают децентрализованные водозаборы, состоящие из одной - двух скважин. Централизованные водозаборы действуют в городах и районных центрах области (гг. Бабаево, Великий Устюг, Вытегра, Тотьма, Никольск, Устюжна, с. им. Бабушкина, с. Сямжа и др.). Ориентировочное количество скважин на территории области 2552, из которых рабочих - 2289, резервных - 288, пролицензированных - 1055 (41 % от общего числа).
Так же необходимо отметить, что по итогам 2011 года область по-прежнему находится в числе ведущих промышленных регионов Российской Федерации, занимая 10 место по объему продукции промышленности на душу населения, что непосредственно усиливает антропогенную нагрузку на окружающую среду [4].
Материалы и методы исследования
Исследования проводились портативными полевыми методами, которые можно рассматривать как несколько упрощенные варианты более сложных лабораторных методов [1]. Для определения состава и свойств питьевой воды использовали стандартные методики (фотоколориметрический, титриметрический, визуально-колориметрический методы), с помощью Ранцевой полевой лаборатории исследования воды и почвенных вытяжек, с набором укладкой для фотоколориметрирования «Экотест – 2020 – К» [10], портативного рН-метра HI 98127/98128 – фирмы «Hanna Instrument», анализатора АКАНТ 7655-05. Микробиологическое исследование проводилось по общепринятым методикам. Общее микробное число определялось количеством микроорганизмов в 1 мл воды, которые при посеве на питательный агар и инкубации при t=37 в течение 24 ч образуют колонии, видимые простым глазом. Результаты анализа выражались количеством бактерий — общее микробное число (ОМЧ) на 1 мл исследуемой воды. С выросших колоний готовили мазки, окрашивали их по Граму и микроскопировали. При наличии грамотрицательных палочек (возможны удлиненные, нитевидные формы или крупные полярноокрашенные палочки) производился посев на среду Эндо, для дифференциации выросших колоний и идентификации колоний характерных для кишечных палочек (темно-красных с металлическим блеском или без него, розовых и прозрачных) [7].
По результатам исследования для каждой пробы составлен протокол исследования, включающий показатели исследования, ПДК показателей и действующие нормативно-технические документы.
Исследования проводились в сентябре-октябре 2013 года. Пробы отбирались из питьевых источников – общественные и частные колодцы, родники, ключи, которые использует население в хозяйственных целях в Вологодской области.
Для исследования были взяты 105 проб воды из колодцев, родников, скважин, из следующих районов Вологодской области: Череповецкий, Шекснинский, Никольский, Устюженский, Бабушкинский, Кадуйский, Вожегодский области.
Результаты исследования и их обсуждения
В результате исследования органолептических свойств выявлены несоответствия нормативам качества по цветности (26% - 27 проб), мутности (9,5% - 10 проб), внешнему виду (28% - 27 проб). В двух пробах (2%) наблюдалось отклонения по запаху.
По результатам химического анализа можно сделать следующие выводы:
По значению рН (6.1 – 7.0) исследуемая вода относится к группе практически нейтральных природных вод, водородный показатель для питьевой воды допускается рН 6.0-9.0 ед., по нашим исследованиям 2% - 2 пробы не соответствуют стандарту (рН 5,5).
Вода поверхностных источников, как правило, относительно мягкая (3...6 °Ж) и зависит от географического положения - чем южнее, тем жесткость воды выше. Жесткость подземных вод зависит от глубины и расположения горизонта водоносного слоя и годового объема осадков. Жесткость воды из слоёв известняка составляет обычно 6,0 °Ж и выше. По нормам СанПиН жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 °Ж, в отдельных случаях до 10,0 °Ж [2].
По результатам наших исследований вода относится:
Вся исследуемая вода относится к категории средней жесткости, значения жесткости исследуемой воды варьирует 3,0 -16,0 °Ж, 11,5% - 12 проб превышает 10,0 °Ж, 57% - 60 пробах превышает 7,0 °Ж.
По содержанию карбонатов ни одна проба не превышает ПДК по содержанию карбонатов. Содержание карбонатов в пробах 6,0 – 60,0 мг/л.
По содержанию гидрокарбонатов 28,5% - 30 проб превышает ПДК по содержанию гидрокарбонатов для питьевой воды 400,0 мг/л, ни одна проба не превышает норматив ПДК для вод хозяйственно-питьевого назначения 1000 мг/л. Содержание гидрокарбонатов в пробах варьирует 6,1 – 622,2 мг/л.
30 проб, что составляет 28,5%, превышает ПДК по карбонатной жесткости.
Азотосодержащие вещества (нитраты NO3-, нитриты NO2- и аммонийные соли NH4+) почти всегда присутствуют во всех водах, включая подземные, и свидетельствуют о наличии в воде органического вещества животного происхождения. Рассматриваемая группа ионов находится в тесной взаимосвязи. По наличию, количеству и соотношению в воде азотсодержащих соединений можно судить о степени и давности заражения воды продуктами жизнедеятельности человека. По нормам СанПиН [2] ПДК в воде аммония составляет 2,6 мг/л; нитритов - 3,0 мг/л; нитратов - 45,0 мг/л. В наших исследованиях:
- По аммонию было обнаружено превышение ПДК в 5% - 5 проб. Содержание аммония в наших пробах составило 0,1 – 10,0 мг/л.
- По нитратам превышение ПДК в 28,5% - 30 проб. Содержание нитратов в исследуемой воде 1,0 – 60,0 мг/л.
В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1,0 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15,0 – 20,0 мг/дм3. Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Определение содержания железа в питьевой воде особо актуально, так как в структуре промышленности Вологодской области наибольшую долю занимает металлургическое производство - больше половины объемов отгруженной продукции. В Вологодской области выпускается почти каждая шестая тонна российского металлопроката. По выплавке стали и производству готового проката черных металлов область занимает второе место в России [4]. По нормам СанПиН [2] содержание железа общего допускается не более 0,3 мг/л.
- В 21 пробах, что составляет 21,5% было установлено превышение содержания общего железа. Содержание железа в исследуемых пробах варьирует 0,05 – 2,0 мг/л.
Кислород находится в воде в растворенном виде. Содержание кислорода и двуокиси углерода даже в значительных количествах не ухудшает качества питьевой воды, но способствует коррозии металла. Процесс коррозии усиливается с повышением температуры воды, а также при движении её [10]. В наших исследованиях 2% - 2 пробы исследуемой воды содержат растворенного кислорода немного меньше нормы ПДК (4,0 мг/л норма для питьевой воды). В большинстве проб содержание растворенного кислорода превышает норму, содержание кислорода в пробах варьирует 3,9 – 7,3 мг/л
Сульфаты и хлориды кальция и магния образуют соли некарбонатной жесткости. Хлориды присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород наиболее распространённой на Земле соли - хлорида натрия (поваренной соли). ПДК хлоридов в воде питьевого качества – 350,0 мг/л. Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязнённости бытовыми сточными водами [6]. Превышение ПДК по хлоридам в наших исследованиях не обнаружены. Содержание хлоридов в исследуемой воде составило 7,1 – 124,3 мг/л.
Сульфаты попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. ПДК сульфатов в воде питьевого качества – 500,0 мг/л. Превышения по сульфатам составило 2% - в 2 пробах. Содержание сульфатов 7,7 – 545,3 мг/л.
Фосфаты обычно присутствуют в воде в небольшом количестве, поэтому их присутствие указывает на возможность загрязнения промышленными стоками или стоками с сельскохозяйственных полей. ПДК в питьевой воде соединений фосфора составляет 3.5 мг/л [10]. Превышение ПДК по ортофосфатам составило 7% - 7 проб. Содержание ортофосфатов составило 0,1 – 7,0 мг/л.
Для определения качества воды не менее важны бактериологические показатели: ОМЧ и наличие БГКП. ОМЧ позволяет оценить уровень микробного загрязнения питьевой воды, дополняя показатели фекального загрязнения, и одновременно позволяет выявить загрязнение из других источников (например, промышленные сбросы). Резкое увеличение ОМЧ (даже в пределах норматива), выявленное повторно, служит сигналом для поиска причины загрязнения. Также этот показатель незаменим для срочного обнаружения в питьевой воде массивного микробного загрязнения неизвестной природы. Наличие в пробах бактерий группы кишечной палочки говорит о фекальном загрязнении воды, причем, а, следовательно, на возможную опасность возникновения острых кишечных инфекций, дизентерии, брюшного тифа, холеры и др. [8]. Так по нормативам качества воды в питьевой воде бактерий группы кишечной палочки должны отсутствовать. Согласно ГОСТу [2], питьевая вода нецентрализованного водоснабжения не должна содержать более 100 бактерий в 1 мл.
В результате микробиологических посевов проб воды на МПА во всех пробах наросли идентичные колонии, культуральные признаки которых: колонии различных размеров, встречаются круглые, амебовидные и неправильной формы, поверхность матовая, цвет белый, гладкие и шероховатые, плоские, края ровные и волнистые, пленчатая и тестообразная консистенция.
В ходе роста колоний наблюдался рост расплывчатых колоний на всю поверхность чашки, ползучий и точечный рост (рис.1 ).
а)
б)
Рис.1. Рост колоний: А – точеченый, Б – ползучий.
Микрофлора представлена кокками и палочками как грамположительными, так и грамотрицательными (рис. 2).
|
|
|
|
|
а) |
б) |
в) |
Рис. 2. Микрофлора исследуемой воды: А – кокки, Б – палочки, В – БГКП (10Х100).
В наших исследования 46 проб (44% проб) количество бактерий превышало 300 – 500, что говорит о большой обсемененности воды. В 37 пробах (35% проб) выявлены БГКП. По экологическому состоянию исследуемую воду в большинстве случаев можно отнести к мезасапробной зоне (от 1 тыс. до 1 млн. бактерий в 1 мл). Для которой характерны процессы минерализации органических веществ с преобладанием аэробного окисления. Летом будет проведен повторный анализ этих проб для подтверждения результата и количественного определения кишечной палочки в пробах.
Проведенные исследования нецентрализованного водоснабжения Вологодской области позволяют сделать следующие выводы:
Исследовано 105 объектов воды нецентрализованного водоснабжения Вологодской области.
Установлено превышение гигиенических нормативов качества воды по органолептическим свойствам, общим показателям (рН, общая жесткость, гидрокарбонаты, карбонатная жесткость, ионы аммония, нитраты, общее железо, количество растворенного кислорода, ортофосфаты – отмечено превышение ПДК). Из подземных источников не централизованного водоснабжения 87 проба (83%) не отвечает гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям.
Микробиологический анализ показал превышение санитарно гигиенических нормативов качества воды нецентрализованного водоснабжения Вологодской области по микробиологическим показателям в 61 пробах (58%).
Результаты анализов питьевой воды по Вологодской области показывают, что в химическом и бактериальном отношении опасной для здоровья являются каждая 2 проба.
Работа осуществлена при финансовой поддержке Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество», регистрационный номер 65/2013-Н7.