Химический состав подземных вод нецентрализованных источников водоснабжения Томского района Томской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 556.388

химический состав подземных вод нецентрализованных источников водоснабжения Томского района Томской области

К.В. Зиновик¹, А.А. Хващевская², Е.А. Солдатова³

Аннотация

В статье изложены результаты исследований химического состава подземных вод нецентрализованных источников водоснабжения Томского района, используемых в хозяйственно-питьевых целях. В ходе работы изучены порядка 50 водопунктов. В результате сделаны выводы о качестве подземных вод и особенностях их химического состава. Также проведена оценка риска развития неканцерогенных эффектов.

Ключевые слова: химический состав подземных вод, нецентрализованное водоснабжение, качество подземных вод, загрязнение, оценка рисков.

Об авторах

¹магистрант, Инженерная школа природных ресурсов, Томский политехнический университет, г. Томск, kseniazinovik_1@mail.ru

² к.г.-м.н., доцент, Инженерная школа природных ресурсов, Томский политехнический университет, г. Томск, garibova@yandex.ru

³ к.г.-м.н., доцент, Инженерная школа природных ресурсов, Томский политехнический университет, г. Томск, soldatovaea@tpu.ru

K.V. Zinovik, A.A. Khvashevskaya, E.A. Soldatova

Chemical composition of groundwater of non-centralized water supply in the Tomsky District of Tomsk Region

Abstract. The article presents the results of research of the groundwater chemical composition, which is used for non-centralized domestic and drinking water supply in Tomsky District. Approximately 50 sampling points were studied. As a result, groundwater quality and peculiarities of its chemical composition were evaluated. Hazard quotients were calculated for noncancer risk assessment.

Keywords: groundwater chemical composition, non-centralized water supply, groundwater quality, pollution, risk assessment.

Введение

Изучению проблемы питьевого водоснабжения населения в Томской области и оценке рисков развития негативных последствий потребления природных вод уделено значительное внимание. Результаты исследования химического состава подземных вод Томской области представлены в работах С.Л. Шварцева, А.А. Хващевской, Е.М. Дутовой с соавторами [1, 2, 3] и других авторов, оценка рисков питьевого водоснабжения проведена в работах Н.В. Кончаковой с соавторами, О.Г. Невидимовой, Е.П. Янкович с соавторами [4, 5, 6].

В Томском районе Томской области подземные воды являются важным источником пресной воды, они используется как для централизованного водоснабжения г. Томска, так и извлекаются частными собственниками в питьевых и хозяйственно-бытовых целях. Зачастую такие частные скважины являются основным источником водоснабжения в сельской местности. Качество подземных вод, отбираемых из скважин на земельных участках, находящихся в частном владении, не контролируется государственными органами [7]. Таким образом, вопросы качества подземных вод и оценки рисков их потребления весьма актуальны, особенно в условиях возрастающей антропогенной нагрузки. Целью данное работы являлось изучение химического состава источников нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов Томского района и оценка рисков развития неканцерогенных эффектов в результате их использования в питьевых целях.

1. Описание района и методики исследований

Исследуемая территория относится к Томскому району Томской области (рис. 1). Рассматриваемый регион представляет собой возвышенную равнину с абсолютными отметками 200-250 м. Типичен равнинно-всхолмленный рельеф и общий пологий уклон территории. Климат Томского района умеренно-континентальный со среднегодовой температурой от -0,6 до 1,0?С, среднегодовое количество осадков варьирует в интервале 400-550 мм/год [8]. По ландшафтным условиям территория относится к зоне южной тайги провинции умеренного влажного климата [2].

Размещено на http://www.allbest.ru/

В работе использованы результаты химического анализа подземных вод, отобранных в период с 2016 по 2017 гг. из частных скважин и колодцев Томского района, используемых для нецентрализованного водоснабжения населения. Глубина пробоотбора варьировала от 12 до 80 метров. В ходе работ было опробовано порядка 50 водопунктов в различных населенных пунктах Томского района (с. Копылово, п. Зональная Станциия, п. Апрель, п. Ключи, п. Лоскутово и др.).

Анализ подземных вод выполнен в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Томского политехнического университета методами титриметрии, потенциометрии, турбидиметрии, ионной хроматографии, фотоколориметрии и инверсионной вольтамперометрии.

Значение коэффициента опасности рассчитано согласно Руководству Р. 2.1.10.-1920-04 [9] опасности по формуле:

, (1)

где RfD - референтная (безопасная) доза, I - средняя суточная доза при пероральном потреблении химических веществ с питьевой водой, которая рассчитывалась по следующей формуле [9]:

, (2)

где I - среднесуточная доза поступления химического вещества в течение жизни, мг/(кг Ч день); C - концентрация вещества в воде, мг/л; V - величина водопотребления, 2 л/сут; ED - продолжительность воздействия, 30 лет; EF - частота воздействия - 350 дней/год; BW - масса тела человека, 70 кг; AT - период усреднения экспозиции - 30 лет; 365 - число дней в году [9].

2.Результаты

Исследования химического состава показали, что подземные воды Томского района, используемые при нецентрализованном водоснабжении, преимущественно являются гидрокарбонатными кальциевыми. Их минерализация изменяется в интервале 195-1085 мг/л, в основном воды классифицируются как пресные. По показателю pH воды района исследований главным образом нейтральные, реже слабощелочные, значения pH изменются от 6,6 до 7,95. Среднее значение общей жесткости подземных вод составляет 5,9 мг-экв/л, в районе преобладают умеренно жесткие (3-6 мг-экв/л) и жесткие (6-9 мг-экв/л) воды.

Таблица 1

Химический состав подземных вод нецентрализованных источников водоснабжения Томского района, мг/л

Примечания

1. *За фоновые значения приняты средние значения показателей для подземных вод зоны гипергенеза провинции умеренного влажного климата ландшафта южной тайги по С. Л. Шварцеву [10].

2. **ПДК - предельно допустимая концентрация [11].

Большинство опробованных вод характеризуются значительными превышениями ПДК железа (до 110 раз) и марганца (до 144 раз) [11]. Максимальная концентрация железа (33,2 мг/л) и марганца (14,4 мг/л) зафиксирована в подземных водах, отобранных из скважины в с. Половинка (табл. 1). Из всей выборки выделяются также подземные воды, отобранные в п. Лосктово, они характеризуются крайне высокой концентрацией NO₃^- (301 мг/л), повышенной минерализацией (1085 мг/л) и общей жесткостью (17,9 мг/л), что недопустимо для вод, используемых в питьевых целях. В подземных водах, отобранных в с. Казанка и п. Аникино также наблюдаются превышения по общей жесткости относительно ПДК [11]. По показателю перманганатной окисляемости выделяются подземные воды скважины в с. Половинка (11,6 мг/л), что говорит о повышенном содержании органического вещества. Кроме того, особое внимание заслуживают пробы подземных вод, отобранные в п. Мирного и п. Трубачево, которые характеризуются отрицательными значениями Eh, изменяющимися от -136 до -80 мВ, низкими концентрациями растворенного кислорода, которые варьируют от 0,75 до 1,03 мг/л, а также точечно высокими содержаниеми NH₄⁺ (до 9,7 мг/л) и NO₂^- (0,15 мг/л). Предположительно это связано с окислением органических веществ, поступающих в подземные воды в результате сельскохозяйственной деятельности, поскольку в этом районе распространены сельскохозяйственные предприятия, в частности тепличные и животноводческие комплексы [12]. Помимо того, по органолептическим свойствам, исследуемые воды характеризуются резким запахом сероводорода, что свидетельствует о сероводородном заражении, которое не характерно для верхней гидродинамической зоны [12]. Реже встречается превышение ПДК по кремнию в таких населенных пунктах как п. Аникино, с. Казанка, с. Поросино, п. Просторный, с. Коларово, п. Зональная Станция. Содержание Si варьируется от 0,43 до 15,0 мг/л.

Так же была проведена оценка рисков развития неканцерогенных эффектов для мужского и женского населения в результате потребления подземных вод исследуемой территории на основе расчета коэффициента опасности (hazard quotient, HQ) согласно руководству по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду [12]. Значения HQ относительно содержания NO₃^-, превышающие единицу и свидетельствующие о риске развития неканцерогенных эффектов, наблюдаются в п. Лоскутово. В подземных водах с. Половинка и с. Казанка наблюдаются значения коэффициента опасности выше единицы относительно содержания марганца. В подземных водах п. Зоркальцево, с. Половинка, с. Кафтанчиково и с. Казанка коэффициент опасности превышает единицу относительно содержания железа для мужского и женского населения. Кроме того, существует риск развития неканцерогенных эффектов у женского населения от потребления подземных вод с высоким содержанием железа в с. Тахтамышево, п. Аникино и с. Кайдалаковка, HQ относительно содержания железа для мужского населения в этих населенных пунктах приближается также к единице.

подземный вода качество концентрация

3. 

4. Выводы

Таким образом, исследование химического состава показало, что в подземных водах Томского района, используемых для нецентрализованного водоснабжения, зачастую наблюдаются превышения ПДК для питьевых вод по таким показателям как концентрации железа, марганца, кремния и значению общей жесткости. Значительно выделяются на фоне других подземные воды, отобранные в п. Лоскутово, в которых зафиксированы превышения нормативных значений по минерализации, общей жесткости, а также крайне высокое содержание нитрат-иона, что делает не возможным их использование в питьевых целях без серьезной водоподготовки. Полученные значения коэффициента опасности показывают, что в ряде населенных пунктов есть риск развития неканцерогенных эффектов у населения при длительном потреблении подземных вод, используемых в качестве источника нецентрализованного водоснабжения. Методика, основанная на расчете коэффициентов опасности, в дальнейшем позволит оценить суммарный риск возникновения негативных эффектов для отдельных органов и систем (ЦНС, иммунная сердечно-сосудистая системы, слизистые оболочки др.) от потребления изучаемых подземных вод населением.

*Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 17-77-10017.

Библиографический список

1. Шварцев С. Л. Геохимия болотных вод нижней части бассейна Томи (юг Томской области) / С. Л. Шварцев, О. В. Серебренникова, М. А. Здвижков, О. Г. Савичев, О. С. Наймушина // Геохимия. - 2012. - Т.50. - №4. - С. 367-380.

2. Хващевская А. А. Железобактерии в природных водах Обь-Томского междуречья / А. А. Хващевская, Н. Г. Наливайко, Ю. Г. Копылова // Вода: химия и экология. - 2015. - С. 76-84.

3. Дутова Е. М. Химический и микробиологический состав подземных вод и поверхностных водопроявлений территории Томска / Е. М. Дутова, К. И. Кузеванов, Д. С. Покровский и др. // Материалы региональной конференции геологов Сибири, Дальнего Востока и Северо-Востока Сибири. - 2000. - Т.1. - С. 373-375.

4. Konchakova N.V. Ecological risk assessment of Tomsk region groundwater used for drinking purposes [Электронный ресурс] / N.V. Konchakova, N. S. Ushakova, T. Yu. Aikina // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. - 2016. - Vol. 33(1). - [012022]. - Режим доступа свободный: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/33/1/012022/pdf (дата обращения: 22.03.2018).

5. Невидимова О. Г. Оценка рисков водопользования на территории Томской области / О. Г. Невидимова, Е. П. Янкович // Известия Томского Политехнического Университета. - 2011. - Т. 318. - №1. - С. 154-158.

6. Янкович Е. П. Химический состав подземных вод как фактор риска для здоровья населения (на примере Томского района Томской области) [Электронный ресурс] / Е. П. Янкович, Н. А. Осипова, В. А. Льготин, О. Д. Лукашевич, К. С. Янкович //Современные проблемы науки и образования. - 2014. - №3. - Режим доступа свободный: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=13507 (дата обращения: 22.03.2018).

7. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Томской области в 2015 году» / Ю. В. Лунева, Н. А. Чатурова; под. ред. С. Я. Трапезникова. Департамент природных ресурсов и охраны окружающей среды Томской области, ОГБУ «Облкомприрода». - Томск: Дельтаплан, 2016. - 156 с.

8. Наливайко Н. Г. Экогеохимические особенности родников на территории города Томска // Н. Г. Наливайко, К. И. Кузеванов, Е. М. Дутова // Обской вестник. - 2001. - № 1. - С. 89-98.

9. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (Р 2.1.10.1920-04). - М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004. - 143 с.

10. Шварцев С. Л. Гидрогеохимия зоны гипергенеза / С. Л. Шварцев. - 2-е изд., испр. и доп.. - М.: Недра, 1998. - 366 с.

11. СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованного водоснабжения. Контроль качества». - Москва: Минздрав России, 2002.

12. Зиновик К. В. Химический состав подземных вод в районе распространения предприятий агропромышленного комплекса (Томский район) / К. В. Зиновик, А. М. Кицула // Проблемы геологии и освоения недр : труды XXII Международного симпозиума имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых. - 2018 [принята в печать].

Размещено на Allbest.ru