Особенности химического состава питьевых вод г. Владивосток

Вестник ДВО РАН. 2010. № 5

УДК 543.3:613.31

С.Г.ЮРЧЕНКО, В.М.ШУЛЬКИН

Особенности химического состава питьевых вод г. Владивосток

Проанализирован химический состав водоисточников и питьевой воды системы централизованного водоснабжения г. Владивосток. Установлено, что низкие уровни минерализации, содержания кальция и магния в питьевой воде отражают природные свойства воды поверхностных источников, питаемых за счет атмосферных осадков. Концентрация биогенных веществ в питьевых водах значительно ниже ПДК. Выявлен повышенный уровень железа в питьевых водах по сравнению с водоисточниками, что обусловлено вторичным загрязнением вод в системе водоснабжения.

Ключевые слова: питьевая вода, химические вещества, водоснабжение.

chemical composition of drinking water of Vladivostok city. S.G.YURCHENKO, V.M.SHULKIN (Pacific Institute of Geography, FEB RAS, Vladivostok).

Chemical composition of drinking water of Vladivostok City has been investigated including water sources, water supply system and tap water. It has been revealed that low mineralization and low content of calcium and magnesium are consequence of rain genesis of water sources. Concentration of biogenic matters in drinking water is well below the maximum permissible concentration. High concentration of iron in the drinking water as compared to water sources is a result of the secondary pollution in the water supply system.

Key words: drinking water, chemical agents, water supply.

В последние годы качество питьевых вод г. Владивосток вызывает нарекания со стороны населения и работников санэпидемслужбы. В 2000-2005 гг. выявлена зависимость заболеваемости населения от качества питьевой воды, не отвечающей нормативу по одному или нескольким показателям [9]. Было изучено качество потребляемой водопроводной воды по микробиологическим и органолептическим показателям, однако качество воды основных источников водоснабжения, а также особенности трансформации ее химического состава по пути к потребителю остались за рамками исследований.

Качество питьевой воды, поступающей к населению, зависит от многих факторов: состава исходной воды источников, эффективности очистки и обеззараживания, а также степени износа водопроводных сетей, ведущего к вторичному загрязнению.

Целью данной работы явилось изучение изменения химического состава питьевых вод г. Владивосток по всей цепочке: от поступления из водохранилищ до квартирных кранов, включая выход в сеть после водоподготовки на гидроузлах (ГУ), а также выходы на колонках магистральных распределительных линий.

Во Владивостоке 98% населения имеет централизованное хозяйственно-питьевое водоснабжение. Водоисточниками для него служат открытые водоемы (Артемовский, Бога-тинский и Пионерский ГУ), питаемые за счет атмосферных осадков.

В качестве объектов исследования были выбраны ГУ и водопроводные сооружения (колонки магистральных распределительных линий и квартирные краны) (рис. 1).

ЮРЧЕНКО Светлана Григорьевна - кандидат географических наук, научный сотрудник, ШУЛЬКИН Владимир Маркович - доктор географических наук, заведующий лабораторией (Тихоокеанский институт географии ДВО РАН, Владивосток). E-mail: yurchenko@tig.dvo.ru

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ДВО РАН № 09-Ш-А-09-517.

Для охвата основных гидрологических фаз пробы отбирали в марте, апреле, июле, ноябре 2009 г. и в феврале 2010 г. Всего отобрано и проанализировано 94 пробы. Кроме стандартных показателей химического состава: минерализации, рН, содержания основных макроионов (Са, М^ К, №, НС03, SO4, С1) и биогенных соединений (N02, N03, КН4. Р04, Si) - определяли общую (суммарную) концентрацию растворенных и взвешенных (переносимых в составе твердых частиц) форм железа и марганца.

Рис. 1. Схема водоснабжения г. Владивосток

Результаты и обсуждение

Исходная вода, поступающая на ГУ, ультрапресная. В марте-апреле минерализация исходной воды на Пионерском и Богатинском ГУ составляла 42-48 мг/л, на Арте-мовском - 55-57 мг/л. К июлю-ноябрю минерализация снижалась, в феврале снова повышалась (рис. 2, в1-в3). Таким образом, пониженная минерализация воды, поступающей на Пионерский и Богатинский ГУ, сохраняется в течение всего года. Сезонная изменчивость минерализации воды, поступающей на Артемовский ГУ, минимальна (рис. 2, в3), наиболее вероятная причина этого - меньшая доля дождевых вод в питании Артемовского водохранилища в течение года.

Значимых закономерных изменений общей минерализации вод в ходе водоподготов-ки на ГУ г. Владивосток не наблюдалось, как, например, для питьевых вод Северо-Казах-станской области, где выявлен повышенный (по сравнению с водоисточниками) уровень общей минерализации, что обусловлено вторичным загрязнением вод в системе водоводов [1]. Существенных различий в минерализации вод из водопроводных сооружений (колонки и квартирные краны) Владивостока также не отмечено. Для них сохранялась общая тенденция уменьшения минерализации от весны к осени, характерная для исходной воды на входе в ГУ. При этом общий уровень минерализации вод в магистральных линиях соответствовал характеристике вод Артемовского ГУ (рис. 2), что отражает его доминирующую роль в обеспечении Владивостока питьевой водой.

Так как запасы водохранилищ южного Приморья пополняются за счет обедненных макроэлементами атмосферных осадков [11, 12], питьевая вода коммунального водопровода города характеризуется высокой мягкостью, а следовательно, низким содержанием кальция и магния (см. таблицу). Отметим, что такая низкая жесткость питьевой воды встречается редко. В ЕАО, где питьевая вода отличается пониженным содержанием солей кальция и магния и тоже характеризуется низкими минерализацией и жесткостью, среднегодовое содержание кальция составляет 18 мг/л, магния - 4,5 мг/л, жесткость находится в пределах 0,7-1,3 мг-экв/л [8]. Низкая минерализация и высокая мягкость являются особенностью питьевых вод юга Дальнего Востока РФ, тогда как для ряда регионов России (Белгородская и Архангельская области), Казахстана и Средней Азии характерны значительно более минерализованные источники водоснабжения [1, 3, 6, 10].

Концентрация основных катионов, а также содержание НС03- изменяются в соответствии с вариациями общей минерализации. Изменчивость концентрации сульфат-ионов

Рис. 2. Изменение минерализации воды в процессе транспортировки от источника до потребителя. Исходная вода: в1 - Пионерский гидроузел (ГУ): в2 - Богатинский, в3 - Артемовский; вода после водоподготовки: 1 - Пионерский ГУ, 2 - Богатинский, 3 и 4 - Артемовский; водораспределительная система: 5-9 - колонки, 10-16 - квартирные краны

имеет свои особенности: после минимума в марте увеличилась в апреле, достигла максимума в июле и вновь снизилась в ноябре и феврале. В июле это привело к преобладанию в питьевых водах сульфат-иона над гидрокарбонат-ионом. В исходной воде Артемовского и Богатинского ГУ в июле еще преобладали гидрокарбонаты, Пионерского - уже сульфат-ионы. Наиболее вероятная причина повышения концентрации сульфатов в питьевой воде в июле - использование коагулянтов, поскольку именно в этот период на выходе из всех ГУ концентрация сульфатов была значительно выше, чем в исходной воде. Необходимо отметить, что ни в одной пробе из коммунального водопровода концентрация сульфатов не достигала ПДК [7].

Содержание взвешенных веществ (ВВ) в исходной воде меняется в зависимости от сезона. Минимальное содержание (0,3-0,6 мг/л) ВВ отмечено зимой, когда водохранилища покрыты льдом. В июле, после обложных дождей, оно увеличилось до 3-8 мг/л, а в ноябре вновь снизилось до 1,3—1,4 мг/л на входе в Артемовский и Пионерский ГУ, до 4,1 мг/л - в Богатинский. После водоподготовки количество ВВ в основном соответствовало норме (менее 1,5 мг/л). Однако в конце июля содержание ВВ воды после водоподготовки на Бо-гатинском и Артемовском ГУ составляло 2,3-5,6 мг/л, что увеличило содержание взвеси в питьевой воде в 2-4 раза по сравнению с другими периодами. Некоторые различия в количестве взвешенных веществ были отмечены непосредственно для самого городского водовода. Содержание взвеси в водораспределительных колонках в основном выше, чем в кранах жителей Владивостока. Вероятно, крупная взвесь задерживается фильтрами грубой очистки на трубах, подающих воду в дома.

Основные загрязнители питьевых вод, во многом определяющие их экологическое и санитарное состояние, - соединения азота. Из них наиболее характерны нитраты (см. таблицу), концентрация которых изменялась в пределах 0,05-0,38 мг Мл. Содержание нитратов в исходной воде в зависимости от сезона колебалось от 0,02 до 0,37 мг Мл. Существенных различий концентраций нитратов до и после водоподготовки не выявлено. В ноябре концентрация значительно снижалась из-за низкого содержания нитратов в воде, поступающей на ГУ. Содержание аммонийного азота в исходной воде, попадающей на ГУ в период исследования изменялось от 0 до 0,04 мг Мл. Минимальная концентрация обнаружена в воде, поступающей на Пионерский ГУ Процедура водоподготовки не ведет к значимому изменению концентрации аммонийного азота. При транспортировке воды по водораспределительной системе концентрация аммонийного азота снижается весной,

качество воды, поступающей на гидроузлы и к потребителям г. владивосток

Показатель Исходная вода, п = 15 Вода после водоподготовки, п = 20 Питьевая вода, п = 59 ПДК

рН 6,98 ± 0,26 6,71 ± 0,26 6,92 ± 0,16 6-9

Сумма солей, мг/л 46,7 ± 6,8 49,3 ± 6,7 51,9 ± 2,5 1000

Жесткость, мг-экв/л 0,34 ± 0,09 0,38 ± 0,08 0,42 ± 0,02 7

Са2+, мг/л 4,7 ± 1,3 5,3 ± 1,2 5,8 ± 0,5 180

Mg2+, мг/л 1,5 ± 0,4 1,8 ± 0,4 1,9 ± 0,2 65

С1', мг/л 2,7 ± 1,0 3,8 ± 0,8 3,8 ± 0,6 350

БО.2-, мг/л 12,1 ± 1,5 14,9 ± 4,0 14,5 ± 3,6 500

Содержание взвешенных веществ, мг/л Соединения азота, мг М/л: 2,1 ± 2,2 0,9 ± 1,2 1,0 ± 1,2 1,5

мо3 0,14 ± 0,09 0,16 ± 0,09 0,17 ± 0,07 10

мо2 0,0008 0,0002 0,0002 0,75

МИ, 0,01 ± 0,01 0,02 ± 0,02 0,01 ± 0,02 1,0

Робщ, мг Р/л 0,007 ± 0,004 0,009 ± 0,006 0,006 ± 0,003 1,1

мг/л 4,3 ± 0,8 4,5 ± 0,8 4,3 ± 0,7 10

Feоíщ, мкг/л 184,3 ± 183,4 70,9 ± 50,8 241,6 ± 231,9 300

Мпобщ, мкг/л 41,1 ± 29,1 21,8 ± 21,9 21,6 ± 9,9 100

Примечание. п - количество проб; среднее ± стандартное отклонение.

увеличивается летом и осенью и практически не изменяется зимой. Независимо от сезонных колебаний концентрация аммонийного азота в водопроводной системе не превышала 0,06 мг Мл, что существенно ниже ПДК. Нитриты содержатся в питьевой воде в очень малой концентрации. В 41% проб из коммунального водопровода содержание нитритов было ниже возможного определения. Содержание нитритов в питьевой воде в процессе ее подачи населению изменяется: в ноябре на выходе с ГУ нитриты отсутствовали, а в некоторых колонках и кранах их содержание достигало 0,0007 мг М/л; в апреле и июле питьевая вода имела более низкую концентрацию нитритов, чем после водоподготовки.

Таким образом, во всех точках отбора концентрация нитритов, нитратов и аммонийного азота за период исследования была во много раз ниже ПДК. Концентрация растворенных форм азота, особенно нитритов и аммонийного азота, в питьевой воде г. Владивосток значительно ниже, чем в водах центральных регионов РФ [10], и близка к уровню, обнаруженному в питьевой воде г. Апатиты [5], поступающей из ультрапресного оз. Имандра.

Содержание фосфора в воде, поступающей на ГУ, изменялось от 0,001 до 0,016 мг/л в зависимости от источника и сезона, и в водах, попадающих к потребителю, в основном снижалось. Минимум был достигнут в ноябре.

Содержание кремния в исходной воде - 3,2-5,7 мг/л. После водоподготовки концентрация кремния менялась незначительно, его содержание в исходной воде соответствует содержанию в питьевой. Наблюдаемая концентрация растворенных форм фосфора и кремния в питьевых водах г. Владивосток намного ниже ПДК.

Для вод юга Дальнего Востока характерно повышенное содержание железа и отчасти марганца, иногда превышающее нормы ПДК [4, 9]. В исходной воде, поступающей на Богатинский ГУ, суммарное содержание растворенных и взвешенных форм железа увеличилось с марта по ноябрь с 62 до 607 мкг/л и снизилось в феврале до 160-219 мкг/л. Высокое содержание железа в исходной поступающей воде отмечено в апреле, июле и феврале на Пионерском ГУ (120, 564 и 116 мкг/л, соответственно) и в июле на Артемовском (271 мкг/л). После водоподготовки суммарное содержание железа в основном уменьшилось до 80 мкг/л, а на Артемовском ГУ в июле за счет более высокого количества взвешенных форм (89-95% от валового содержания железа) - до 120-180 мкг/л.

Рис. 3. Изменение суммарного содержания растворенных и взвешенных форм железа от входа в водораспределительную систему до потребителя: 1-4 - после водоподготовки; 5-10 - колонки; 11-16 - домовые краны

По мере прохождения воды по подающим магистралям содержание железа увеличилось в 1,5-3 раза, скорее всего, из-за выщелачивания из труб (рис. 3). Аналогичные процессы происходят и в других регионах, в частности в г. Апатиты - за счет повышенной агрессивности маломинерализованных вод с избытком СО2 [5], в Северо-Казахстанской области - в результате коррозии труб и жизнедеятельности железистых бактерий [1]. Исследования Д.Г.Бондаревой выявили, что хотя на станциях обезжелезивания в ЕАО снижают содержание железа в воде, добегающая до потребителя вода не соответствует норме, показатель составляет 1,7-5,7 ПДК [2]. Содержание железа в питьевых водах г. Владивосток превышало ПДК в 17% мониторинговых точек, в основном в воде магистральных колонок. Необходимо отметить, что во все периоды содержание железа в воде магистральных колонок было выше, чем из кранов. Повышенное содержание железа в питьевой воде отмечено в июле, в некоторых колонках - и в ноябре, когда основным загрязнением являлась мутность.

Несмотря на то что формирование химического состава вод водохранилищ идет одинаково, между ними существенны колебания концентраций марганца. Исходная вода, поступающая из Пионерского водохранилища, содержала 13-71 мкг/л Мп, из Богатинско-го - 20-85 мкг/л с максимумом зимой и весной и пониженным содержанием летом и осенью (рис. 4). В воде, поступающей на Артемовский ГУ, концентрация Мп не превышала,

Мп. мкг/л 90 и

60"

30-

0

♦ Март

Апрель ± Июль

• Ноябрь о Февраль

Пионерский ГУ Богатинский ГУ Артемовский ГУ

Рис. 4. Сезонное изменение суммарного содержания растворенных и взвешенных форм марганца в исходной воде

как правило, 12 мкг/л, и только в июле его содержание увеличивалось до 70 мкг/л за счет повышения количества взвешенных форм (рис. 4). Различия обусловлены большей ролью потока растворенных форм марганца из донных отложений для Пионерского и Богатинс-кого водохранилищ. После водоподготовки концентрация Мп в водах, как правило, снижалась, а по мере прохождения воды по трубам с Артемовского ГУ (основного поставщика питьевой воды) его содержание повышалось на 20-25% (до 10-40 мкг/л). Существенных различий между водами в колонках и кранах в отдельные периоды не наблюдалось. Содержание Мп в период исследования ни в одной мониторинговой точке не превышало ПДК.

Выводы

Питьевые воды г. Владивосток гидрокарбонатные, и только в июле на выходе из гидроузлов, вероятно, вследствие использования коагулянтов тип воды менялся на сульфатно-гидрокарбонатный.

Содержание ВВ, один из лимитирующих показателей качества питьевых вод, достаточно эффективно регулируется при водоподготовке, однако в период летних дождей повышенное содержание взвеси наблюдалось и в домовых сетях г. Владивосток.

Вода хозяйственно-питьевого водоснабжения, как правило, характеризуется низким содержанием минеральных соединений азота и других биогенных элементов.

Концентрация железа в исходной воде лишь в летние месяцы достигала или превышала ПДК. В результате коррозии труб при подаче воды населению содержание железа увеличивается.

Концентрация марганца в системе водоснабжения изменялась в соответствии с особенностями водохранилищ и водоподготовки и на конечном этапе не превышала ПДК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Белецкая Н.П., Пузанов А.В., Лиходумова И.Н. и др. Некоторые особенности химического состава питьевых вод Северо-Казахстанской области // Мир науки, культуры, образования. 2009. № 2 (14). С. 13-17.

2. Бондарева Д.Г. Распределение железа в поверхностных и питьевых водах Еврейской автономной области и его отражение на здоровье населения: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2010. 23 с.

3. Голдовская-Перистая Л.Ф., Перистый В.А., Шапошников А.А., Денисов Е.А. Оценка качества питьевой воды Белгородской области по химическому составу и свойствам // Науч. ведомости Белгород. гос. ун-та. 2008. Т. 47, № 7. С. 66-70.

4. Ковальчук В.К., Маслов Д.В. Гигиенические проблемы химического состава питьевой воды систем водоснабжения Приморского края // Тихоокеан. мед. журн. 2006. № 3. С. 60-63.

5. Кудрявцева Л.П. Оценка качества питьевой воды в г. Апатиты // Вод. ресурсы. 1999. Т. 26, № 6. С. 735-742.

6. Ниязметов М. Гигиеническая оценка качества воды в городе Хива // Гигиена и санитария. 2001. № 2. С. 30-31.

7. Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования. ГН 2.1.5.1315-03 / Минздравсоцразвития. М., 2003. 24 с.

8. Суриц О.В. Дефицит фтора, кальция и магния в питьевой воде и его отражение на заболеваемости населения ЕАО: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Владивосток, 2009. 23 с.

9. Трунова И.Е., Зарецкая С.В. Гигиеническая оценка качества питьевой воды во Владивостоке // Тихоокеан. мед. журн. 2006. № 3. С. 64-66.

10. Унгуряну Т.Н., Лыжина А.В., Дементьевский В.С. и др. Качество питьевой воды в г. Новодвинске Архангельской области по данным многолетнего мониторинга // Экология человека. 2008. № 4. С. 6-10.

11. Чудаева В.А., Чудаев О.В., Юрченко С.Г. Особенности химического состава атмосферных осадков на юге Дальнего Востока // Вод. ресурсы. 2008. Т. 35, № 1. С. 60-71.

12. Юрченко С.Г. Химический состав атмосферных осадков города Владивостока (дождь и снег) // Географические и геоэкологические исследования на Дальнем Востоке: сб. науч. тр. молодых ученых. Вып. 2. Владивосток: Дальнаука, 2006. С. 149-159.