Наличие и качество воды – одного из наиболее ценных и незаменимых природных ресурсов на планете – оказывают существенное влияние на здоровье людей, уровень санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфорта и, следовательно, являются одним из факторов социальной стабильности общества [1].
В последнее время в связи с усилением техногенного воздействия на природные и искусственные экосистемы качество воды ухудшается. Речь идет о воде не только из поверхностных и подземных источников, но и из систем централизованного водоснабжения. Особенно страдает качество воды в крупных промышленных городах, где порой и запасы водных ресурсов бывают ограничены. Среди основных причин ухудшения качества питьевой воды можно выделить устаревшие технологии водоочистки, нарушение гигиенических требований эксплуатации сооружений водоподготовки и, наконец, вторичное загрязнение воды в изношенных водопроводных сетях [2]. В процессе продолжительной эксплуатации водопроводные трубы (из сплавов железа) обрастают различными организмами растительного и животного происхождения, подвергаются коррозии. Вода, поступающая из таких труб, нередко загрязнена тяжелыми металлами (свинцом, кадмием), органическими токсикантами, имеет неприятный привкус и запах.
В Екатеринбурге основным источником водоснабжения является гидротехнический каскад Верхнемакаровского и Волчихинского водохранилищ на реке Чусовая. Новомариинское и Ревдинское водохранилища на реке Ревде и Нязепетровское на реке Уфе покрывают возникающий дефицит питьевой воды [3]. Качество водопроводной воды обеспечивается Западной фильтровальной станцией, где происходит двухступенчатая очистка водного потока от различных загрязнителей. Очищенная вода подается в городские трубы с помощью насосных станций. Однако не всегда качество воды в городском водопроводе Екатеринбурга соответствует требованиям СанПина в связи, как было сказано выше, с высокой степенью изношенности водораспределительных домовых труб.
Актуальность данной работы обусловлена необходимостью контроля качества питьевой воды в условиях усиливающегося антропогенного воздействия на окружающую среду.
Цель данного исследования заключалась в оценке качества питьевой воды системы централизованного водоснабжения в городе Екатеринбурге по ряду показателей.
Материалы и методы исследования
Исследования были выполнены в учебно-исследовательской лаборатории химии и экологического мониторинга Российского государственного профессионально-педагогического университета.
Для проведения анализа были отобраны пробы водопроводной воды из разных районов Екатеринбурга: Орджоникидзевского (мкр-н Уралмаш – проба № 1), Чкаловского (мкр-ны Вторчермет – № 2 и Ботанический – № 3), Верх-Исетского (мкр-н ВИЗ – № 4), Ленинского (мкр-н Центральный – № 5), Октябрьского (мкр-н Синие камни – № 6), Кировского (мкр-н ЖБИ – № 7), Железнодорожного (мкр-н Вокзальный – № 8) и Академического – № 9.
Пробы воды отбирались в пластиковые бутыли, после чего переливались в стеклянные емкости с закручивающейся крышкой и хранились в лаборатории до окончания исследований. Для оценки качества проб воды определялись такие показатели, как реакция среды – рН, жесткость, окисляемость, содержание нитрат-ионов, концентрации тяжелых металлов: меди, свинца, кадмия. Жесткость и окисляемость определяли титриметрическим методом, остальные показатели – методом потенциометрии с использованием иономера РХ 150 и соответствующих ионселективных электродов.
Для определения содержания веществ потенциометрическим методом строили градуировочные графики зависимости электродного потенциала системы от концентрации определяемого иона E=f (lg С) в стандартных растворах: KNO3, CuSO4, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты определения рН, жесткости, окисляемости и концентрации нитратов приведены в таблице 1.
Актуальность определения реакции среды заключается в том, что протекание многих биологических и химических процессов напрямую зависит от значения рН воды [4]. Как следует из таблицы 1, значения рН исследуемых проб воды соответствуют гигиеническому нормативу.
Общая жесткость – это концентрация растворенных в воде солей кальция и магния; чем больше содержание этих солей, тем жестче вода.
Временная, или карбонатная (устранимая), жесткость воды обусловлена присутствием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении воды происходят разложение гидрокарбонатов и образование труднорастворимых карбонатов, образующих накипь на поверхности нагревательных приборов. Постоянная жесткость, вызванная сульфатами и хлоридами кальция и магния, не может быть удалена простым кипячением. Для этой цели в воду добавляют различные щелочные реагенты, что делает невозможным ее использование в пищевых целях. Жесткая вода совершенно непригодна в технологических процессах, также употребление такой воды в пищу может приводить к возникновению серьезных осложнений со стороны пищеварительной, мочевыделительной и других систем организма.
Таблица 1
Значения рН, содержания нитрат-ионов, жесткости (Жобщ) и окисляемости (Х) воды в исследуемых пробах
|
Номер пробы |
Показатели |
|||||||
|
рН |
ПДК |
|
ПДК, мг/дм3 |
Жобщ., ммоль/дм3 |
ПДК, ммоль/дм3 |
Х, мг/дм3 |
ПДК, мг/дм3 |
|
|
1 |
7,21 |
6-9 |
4,65 |
45,0 |
2,20 |
7,0 |
2,90 |
5,0 |
|
2 |
7,29 |
62,00* |
2,38 |
2,14 |
||||
|
3 |
7,31 |
5,85 |
2,16 |
3,16 |
||||
|
4 |
7,35 |
6,20 |
2,24 |
2,67 |
||||
|
5 |
7,68 |
3,15 |
2,40 |
4,78 |
||||
|
6 |
7,15 |
5,27 |
2,36 |
4,86 |
||||
|
7 |
7,23 |
4,18 |
3,34 |
3,91 |
||||
|
8 |
7,42 |
4,96 |
2,56 |
5,36 |
||||
|
9 |
7,25 |
5,05 |
2,48 |
4,28 |
||||
, мг/дм3Примечание: жирным шрифтом выделены значения, превышающие предельно допустимые концентрации (ПДК).
Результаты определения жесткости (табл. 1) свидетельствуют о том, что вода во всех исследуемых пробах является мягкой.
Перманганатная окисляемость характеризует загрязненность воды различными легко окисляющимися, в основном органическими веществами. Она показывает, сколько миллиграммов кислорода необходимо для окисления загрязнителей, содержащихся в 1 л воды (мгО2 / дм3 Н2О). Как видно из таблицы 1, значения окисляемости не превышают ПДК [5]. Незначительное превышение допустимого значения обнаружено в пробе № 8. Как было отмечено выше, в распределительную сеть города вода попадает полностью очищенной. Следовательно, загрязнение происходит на этапе распределения воды по внутренней сети дома, возможно, из-за изношенности труб и постоянных аварий.
Нитраты являются одним из наиболее распространенных загрязнителей воды и почв в Свердловской области [6]. Попадание нитратов в поверхностные воды обусловлено, главным образом, чрезмерным использованием азотсодержащих удобрений на полях сельскохозяйственных культур. Регулярное поступление в организм человека больших количеств нитратов с водой и пищей препятствует нормализации уровня гемоглобина в крови, что вызывает недостаток кислорода и становится причиной различных заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем [7]. Кроме того, нитраты представляют серьезную опасность для здоровья человека и по другой причине: попадая в кровь, они в процессе сложных биохимических превращений переходят в нитрозамины, оказывающие мощное канцерогенное действие [8]. Содержание нитратов в исследуемых пробах (табл. 1) находится в пределах нормы, за исключением пробы № 2, где обнаружено превышение ПДК почти в 1,5 раза. Одной из возможных причин такой неблагоприятной ситуации могут быть частые мелкие аварии на устаревшем водопроводе, способствующие проникновению загрязненных поверхностных вод в систему централизованного водоснабжения.
Важнейшим показателем качества воды является содержание в ней тяжелых металлов, характеризующихся способностью биоаккумулироваться и вызывать различные заболевания [9]. Известно [10], что некоторые тяжелые металлы в результате длительного накопления в организме человека способствуют развитию хронической болезни почек. Накопление кадмия, кроме этого, приводит к подавлению антител, замещению цинка в ферментах с последующей его потерей организмом, и другим патологиям. Увеличение концентрации меди в организме человека приводит к поражению головного мозга, заболеваниям пищеварительной, выделительной и дыхательной систем, аллергическим реакциям и т.д. [11]. Свинец при попадании в организм человека в концентрациях, превышающих его ПДК, ингибирует действие многих ферментов, поражает почти все системы в организме: кроветворную, центральную нервную, выделительную, пищеварительную и др. [12].
Таблица 2
Содержание тяжелых металлов в пробах исследуемой воды
|
Номер пробы |
Содержание тяжелых металлов, мг/дм3 |
|||||
|
Cu2+ |
ПДКCu2+ |
Pb2+ |
ПДКPb2+ |
Cd2+ |
ПДКCd2+ |
|
|
1 |
0,32 |
1,00 |
0,044 |
0,030 |
0,001 |
0,001 |
|
2 |
0,18 |
0,040 |
0,001 |
|||
|
3 |
0,42 |
0,008 |
– |
|||
|
4 |
0,24 |
0,004 |
– |
|||
|
5 |
1,00 |
0,002 |
– |
|||
|
6 |
0,15 |
0,007 |
– |
|||
|
7 |
0,48 |
0,006 |
– |
|||
|
8 |
0,54 |
0,003 |
0,001 |
|||
|
9 |
0,13 |
0,001 |
– |
|||
Примечание: «–» элемент не обнаружен.
Превышение ПДК определяемых показателей качества воды (жесткости – Ж, окисляемости – Х, содержания ионов NO3–, Cu2+, Pb2+, Cd2+) в исследуемых пробах
Результаты определения тяжелых металлов в пробах анализируемой воды приведены в таблице 2. Как следует из таблицы 2, в пробах № 1 и 2 обнаружено превышение предельно допустимой концентрации свинца. Очевидно, вследствие изношенности и частичного коррозионного разрушения состояние домовых водопроводных труб в этих районах неудовлетворительное, в результате чего происходит вторичное загрязнение воды тяжелыми металлами, поступающими из материала труб. Возможно также частичное поступление свинца из окружающей среды в связи с частыми авариями. Следует отметить, что пробы № 1 и 2 отобраны в микрорайонах (Уралмаш и Вторчермет) с большим количеством предприятий тяжелого машиностроения и, следовательно, отличающихся неблагоприятной экологической ситуацией, прежде всего, по содержанию тяжелых металлов в почве, воздухе и поверхностных водах. Настораживает содержание кадмия в пробах № 1, 2 и 8, которое, с одной стороны, соответствует допустимому значению, а с другой – свидетельствует о состоянии внутридомовой водопроводной сети, близком к критическому.
Таблица 3
Индексы загрязнения проб воды тяжелыми металлами
|
№ пробы |
Cfi |
Cd |
||
|
Cu2+ |
Pb2+ |
Cd2+ |
||
|
1 |
0,32 |
1,47 |
1 |
2,79 |
|
2 |
0,18 |
1,33 |
1 |
2,51 |
|
5 |
1,00 |
0,07 |
– |
1,07 |
|
8 |
0,54 |
0,1 |
1 |
1,64 |
Обобщение результатов проведенных исследований качества питьевой воды представлено на рисунке. Очевидно, что из девяти проанализированных проб наиболее «грязными» являются № 1, 2 и 8, где обнаружено превышение ПДК ионов свинца (№ 1 и 2), нитратов (№ 2) и окисляемости (№ 8). Остальные пробы соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям качества.
С целью наиболее объективной оценки уровня загрязнения вод тяжелыми металлами был рассчитан индекс загрязнения Cd, характеризующий их суммарное влияние на качество воды [13]:
(1)
где Cfi – коэффициент загрязнения i-м компонентом.
Cfi = Ci / CПДК, (2)
где Ci – концентрация i-го металла в пробе воды;
СПДК – предельно допустимая концентрация i-го металла.
В таблице 3 приведены значения индексов загрязнения для четырех проб (№ 1, 2, 5, 8), в которых обнаружено превышение (или соответствие) ПДК тяжелых металлов.
Cогласно [13], если Cd < 1, степень загрязнения воды низкая; Cd = 1–3 – средняя (умеренная); Cd > 3 – высокая. Результаты, представленные в таблице 1, свидетельствуют об умеренном загрязнении указанных проб воды.
Выводы
Таким образом, проанализированы пробы воды системы центрального водоснабжения в Екатеринбурге, отобранные в разных районах города. Выявлено несоответствие качества проб воды санитарно-гигиеническим нормативам по некоторым показателям. Обнаружено превышение нормативных значений окисляемости (Железнодорожный район), содержания нитратов (Чкаловский р-н, мкр-н Вторчермет) и свинца (Орджоникидзеский и Чкаловский р-ны). Возможными причинами ухудшения качества питьевой воды являются изношенность водопроводных труб в процессе их длительной эксплуатации, частые аварии, коррозионные процессы.
Безусловно, приведенные результаты не могут характеризовать состояние распределительной водопроводной сети каждого из указанных районов в целом. Для получения более точного и объективного представления о состоянии городского водопровода требуется проведение анализа гораздо большего количества проб. И, поскольку данная работа является продолжением серии исследований качества воды из разных источников Екатеринбурга и области, задачей дальнейших исследований будет расширение географии отбора проб.