Качество воды — общая проблема практически для всех регионов России, особенно крупных мегаполисов. Водоснабжение большинства крупных городов в нашей стране основано на использовании водных ресурсов поверхностных и подземных источников. Изучено качество поверхностных вод Истринского водохранилища по химическим и микробиологическим показателям.
Ключевые слова: цветность воды, окисляемость, нитриты, нитраты, колиформные бактерии.
Вода является очень важным и наиболее уязвимым компонентом окружающей среды. Водные ресурсы относятся к категории возобновляемых и самых обильных на Земле, и в третьем тысячелетии они приобрели значение стратегических. Пресная вода имеет ограниченность и неравномерное природное распределение по земной поверхности, а ее загрязнение является глобальной ресурсной проблемой человечества. Но основная угроза возникновения водного голода заключается не в нехватке водных ресурсов (считается, что в настоящее время используется всего около 10 % мировых запасов пресных вод), а в загрязнении основных источников водоснабжения — поверхностных и подземных вод. Подсчитано, что объем сбрасываемых в водный бассейн суши промышленных и коммунальных сточных вод составляет в настоящее время порядка 2000 км 3 в год, т. е. почти 5 % ежегодного речного стока земного шара, из которых более 20 % без какой-либо очистки. Известно, что до 80 % заболеваний человека связано с потреблением загрязненной воды.
Для обеспечения водой г. Москвы и Московской области создан комплекс, состоящий из 15 водохранилищ и двух крупных каналов, соединяющих Волжский источник водоснабжения. Истринское водохранилище входит в состав данного комплекса. Эта система водоснабжения базируется в том числе и на использовании поверхностных вод. Использование поверхностных вод во многом определено историческим развитием системы водоснабжения и в настоящее время обусловливает появление проблем, связанных с качественным составом воды.
Целью работы является исследование состояния поверхностных вод Истринского водохранилища по химическим и микробиологическим показателям. В работе использовались общепринятые методики гидрохимии и микробиологии, позволяющие осуществить отбор проб воды и оценить ее качество по стандартным показателям (гидрохимическим и санитарно-микробиологическим). При обработке результатов исследования использованы методы математикой статистики [1,4].
Исследования качества воды Истринского водохранилища проводились в Рублевском отделении центра контроля качества воды, расположенном на Рублёвской станции водоподготовки АО «Мосводоканал» по пяти показателям: цветности, окисляемости, нитритам, нитратам и присутствию колиформных бактерий — бактерий группы кишечной палочки (БГКП).
Цветность — показатель, характеризующий окраску воды и её интенсивность. Наличие вымываемых из почвы гуминовых и фульвовых кислот, наличие солей железа и других металлов, присутствие других примесей органических и неорганических веществ и определяют цветность. Количество примесей зависит от геологии региона, состава почв, наличие торфяных болот, где содержание гуминовых кислот максимально. Увеличение цветности зависит и от сезона года: в периоды паводков, половодья, снеготаяния, ливневых явлений, а также во время массового цветения фитопланктона — все это приводит к повышению показателя цветности. Таким образом, повышенная цветность — показатель неблагополучия, так как с поверхностными водами могут попадать в водоем и сточные воды промышленных предприятий и канализации. Также органические вещества могут затруднять водоочистку на станциях водоподготовки — взаимодействуя с дезинфектантами (озоном и хлором), будучи безвредные, образуют вредные и опасные соединения [2].
Цветность воды определяют визуально или фотометрическим путём сравнения с растворами, имитирующими природную цветность. Исследуемую воду сравнивают с эталонным раствором и измеряют в градусах по платиново-кобальтовой шкале. Требование СанПиН 2.1.4.559–96 — цветность питьевой воды должна быть не более 20º.
Рис. 1. Диаграмма показателя цветности воды Истринского водохранилища
Цветность в поверхностных и придонных слоях приплотинной зоны водохранилища составляла в 2017 году 23 градуса как в поверхностных, так и в донных слоях, что выше, чем в 2015 г. и 2016 г. и выше среднемноголетних значений.
Наблюдалась следующая динамика сезонных колебаний показателей цветности: в зимние периоды показатели цветности не превышали среднемноголетние и прошлогодние значения; в 2017 г. в связи с обильным снеготаянием увеличился приток воды в Истринское водохранилище, произошло увеличение объема воды в боковых притоках, в связи с этим происходило увеличение показателей цветности; с апреля по сентябрь показатели цветности не превышали среднемноголетние и прошлогодние значения; с октября по ноябрь, показатели цветности в придонном слое приплотинной зоны водохранилища были выше среднемноголетних значений. В осенний период с понижением температуры воды происходили процессы постепенного осаждения, отмирания и деструкции фитопланктона вносящего вклад в общую цветность водной экосистемы.
Окисляемость — общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с одним из самых сильных окислителей — перманганатом калия. Природа органических веществ может быть разнообразной: гуминовые и фульвовые кислоты почв, сложная органика растений, метаболиты бактерий, а также химические продукты антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе сточные воды очистных сооружений промышленных предприятий, сельскохозяйственных комплексов, хозяйственно-бытовые стоки [3].
Рис. 2. Значение показателей перманганатной окисляемости воды Истринского водохранилища
Средние значения перманганатной окисляемости в поверхностных и придонных слоях водохранилища в 2017 году выше, чем в 2015г. и 2016г. и среднемноголетних значений (Рисунок 2).
Наблюдалась следующая динамика сезонных колебаний показателей окисляемости: в зимний периоды 2015–2017 г. величина окисляемости в приплотинной зоне водохранилища не превышала среднемноголетние значения; в период весеннего половодья, показатель окисляемости в поверхностном слое приплотинной зоны водохранилища повышается до 6 мг/дм 3 , что было ниже среднемноголетних и прошлогодних значений. Повышение показателей перманганатной окисляемости связано с началом весеннего половодья, и как следствие, поступлением в водохранилище с водосборной площади, легкоокисляющихся органических и минеральных веществ; с июня по октябрь свой вклад в окисляемость вносит фитопланктон путем продуцирования органического вещества, особенно в период цветения водохранилища; в ноябре 2017 величина окисляемости в приплотинной зоне водохранилища превысила среднемноголетние и прошлогодние значения.
Нитриты(соли азотистой кислоты, нитрат ион NO 2- ) могут быть также различного происхождения: могут образоваться в результате восстановления нитратов денитрифицирующими бактериями, а также при нитрификации аммиака. Наличие нитритов свидетельствует о недавнем загрязнении воды органическими веществами животного происхождения. Нитриты являются промежуточным продуктом биологического цикла азота, ступенью в цепи бактериальных процессов окисления нитратов до аммония или восстановления до аммиака и азота. В водах поверхностных водоемов нитриты могут оказаться при сбросах неочищенных и плохо очищенных сточных вод промышленных предприятий, где используются в качестве ингибиторов коррозии, а также консервантов (пищевая промышленность).
Рис. 3. Диаграмма количества нитритов в воде Истринского водохранилища
Содержание нитрит-ионов в поверхностных и в придонных слоях в 2016 году выше, чем в 2015 г., 2017 г. и среднемноголетних значений (Рисунок 3).
Незначительное повышение концентраций нитрит-ионов в 2017 году происходило только в июне, июле и ноябре, это связано со следующими факторами: в июне происходило естественное, сезонное увеличение концентрации нитрит- ионов, что связано с деятельностью микроорганизмов и водорослей, и усилением процессов разложения органических веществ; небольшое увеличение концентрации нитрит — ионов в поверхностном слое водохранилища отмечалось в конце лета, что обусловлено активностью фитопланктона, и его способностью восстанавливать ионы нитратов до нитритов; в целом нитрит-ионы находились на уровне среднемноголетних показателей и не превышали ПДК.
Нитраты (соли азотной кислоты, нитрат ион NO 3- ) обнаруживаются в незагрязненных водах болотистого происхождения, но они могут оказаться в воде как продукт минерализации аммиака и нитритов, образовавшихся в результате гниения органических отбросов. Наличие только нитратов при отсутствии нитритов и аммиака указывает на давнее, возможно случайное, однократное загрязнение воды фекалиями человека и животных. Если одновременно с нитратами в воде присутствуют аммиак и нитриты, это является серьезным признаком постоянного и длительного загрязнения воды. В связи с тем, что в настоящее время установлена роль нитратов воды в возникновении метгемоглобинемии, особенно у детей, этому показателю придается большое значение. Нитраты обусловлены попаданием в водоисточники хозяйственно-бытовых, промышленных сбросов и вод сельскохозяйственных угодий, обрабатываемых минеральными удобрениями, а также с осадками. Поэтому, наиболее высоким показатель нитратов может быть в небольших водоемах (прудах и озерах), а так же в реках и неглубоких колодцах и скважинах.
Нитраты оказывают токсическое действие на организм человека и животных. Постепенно накапливаясь в организме нитраты вызывают метгемоглобинемию — взаимодействуя с гемоглобином крови образуют метгемоглобин, который не переносит кислород к тканям, как нормальный физиологический гемоглобин. Таким образом, развивается кислородное голодание в тканях и органах, что отрицательно и порой пагубно влияет на организм в целом. Ухудшается самочувствие, наступает вялость и апатия, при достижении 20- 50 % метгемоглобина развиваются одышка и тахикардия, потеря сознания. Превышение количества метгемоглобина более 50 % приводит к смерти. Нитраты губительно воздействуют на пищеварительную, нервную, кровеносную, кроветворную, сердечно — сосудистую системы и многие другие органы. Особенно опасно действие нитратов на детей, у которых еще окончательно не сформированы многие системы, в том числе нервная и ферментативная.
Рис. 4. Содержание нитрат-ионов в воде Истринского водохранилища
Содержание нитрат-ионов поверхностных воды находится на уровне среднемноголетних показателей, и в придонных слоях в 2016 году произошло повышение показателя, но в 2017 году наблюдается возвращение к уровню значений (Рисунок 4).
Незначительное повышение концентраций нитрат-ионов происходило в период с февраля по апрель в придонном слое, это связано с естественными внутриводоёмными процессами в завершающей стадии разложения органических веществ и их минерализации.
Бактерии группы кишечной палочки (БГКП) — это группа микроорганизмов, к которой относят представителей родов Escherichia (в том числе и Е. coli ), Citrobacter (типичный представитель C. coli citrovorum ), Enterobacter (типичный представитель E. aerogenes ), которые объединены в одно семейство Enterobacteriaceae благодаря общности морфологических и культуральных свойств.
По данным исследований последних лет наряду с бактериями Escherichia (E. сoli), Citrobacter, Enterobacter и Klebsiela к нему также относят способные ферментировать лактозу бактерии Enterobacter cloasae и Citrobadter freundii . Эти бактерии возможно обнаружить не только в фекалиях, но также в окружающей среде, и даже в питьевой воде с относительно большой концентрацией питательных веществ. Общее микробное число (ОМЧ) — количество сапрофитных микроорганизмов, обнаруживаемых в 1 мл природной или питьевой воды. Характеризует наличие бактерий в исследуемой воде как сапрофитной, так и патогенной флоры.
Рис. 5. Показатели КОЕ общих колиформных бактерий
Средние значения общих колиформных бактерий в поверхностном слое водохранилища в 2016 году сильно возросли, но в 2017 году вернулись к уровню среднемноголетних значений. Средние значения в придонном слое водохранилища в 2015–2017 г. были на уровне среднемноголетних значений.
Рис. 6. Сезонная динамика численности ОКБ
Сезонная динамика ОКБ в Истринском водохранилище в 2015–2017 годах иллюстрирует, что в санитарно-микробиологическом аспекте вода является чистой и безопасной, употребление в качестве питьевой возможно после соответствующей очистки, не прибегая к сложным и дорогостоящим способам. В течение многих лет уровень ОКБ в открытом водоисточнике не только не превышал допустимых норм, а напротив, был почти в 10 раз ниже.
В Истринское водохранилище постоянно поступают недостаточно очищенные сточные воды с превышением предельно допустимых концентраций биогенных веществ от очистных сооружений расположенных на водосборной площади и притоках водохранилища, что приводит к стимулированию роста фитопланктона и эфтрофикации водоема в целом. Увеличение численности фитопланктона сказывается на увеличении цветности.
Качество природной воды в Истринском водохранилище формировалось под влиянием следующих климатических и гидрологических условий: температура воздуха в зимний период времени характеризовалась как высокими показателями с обильным снеготаянием и выпадением дождевых осадков, так и низкими температурами (до -35С 0 ). В феврале и марте месяце температура воздуха в дневное время доходила до +18С 0 . Гидрологический режим в марте месяце направлен на принятие паводковых вод. В период весеннего половодья, значительных ухудшений показателей качества воды в водохранилище не отмечалось. В июне 2017 г. атмосферных осадков выпало больше климатической нормы, что привело к незначительному росту ряда показателей качества воды в Истринском водохранилище.
В целом нужно отметить, что Истринское водохранилище является надежным источником воды хорошего качества с низкими показателями загрязняющих веществ, что наиболее ценно при производстве питьевой воды на станциях водоочистки.
Литература:
- Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд–во МГУ, 1970. 487 с.
- Гигиеническое значение цветности питьевой воды для здоровья населения // Материалы пленума междуведомственного научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды Российской Федерации. Москва, 2002. — С. 45–47.
- Муравьев А. Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. 3–е изд. СПб: «Крисмас+», 2004. — 248 с.
- Унифицированные методы анализа вод / под ред. Ю. Ю. Лурье. Изд. 2–е, исправленное. М.: «Химия», 1973. — 376 с.
