Оценка источников питьевой воды урбанизированных территорий
На правах рукописи
САИД НЕДАЛЬ Эколого-микробиологическая оценка источников питьевой воды урбанизированных территорий Специальность: 03.00.16 – Экология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва– 2007г.
1
Работа выполнена во Владимирском государственном университете
Научный консультант: доктор биологических наук, профессор Трифонова Татьяна Анатольевна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Орлова Валентина Сергеевна (экологический факультет РУДН) доктор биологических наук, профессор Марфенина Ольга Евгеньевна (почвенный факультет МГУ)
Ведущая организация: ГНУ ВНИИ сельского хозяйства РАСХН (г. Суздаль)
Защита диссертации состоится «14» ноября 2007 г. в 14 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.203.17 в Российском университете дружбы народов по адресу: 113093, г. Москва, Подольское шоссе, 8/5, экологический факультет РУДН.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, г. Москва, ул. Миклухо Маклая, д. 6.
Автореферат разослан «14» октября 2007 г.
Учёный секретарь диссертационного совета д.м.н., профессор А.Я. Чижов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Основным источником питьевой воды во многих населенных пунктах России является водопроводная вода, 30% которой по официальным данным не соответствует гигиеническим стандартам. Одна из причин такого положения - низкое качество вод поверхностных и некоторых подземных водоемов, служащих источниками питьевого и технического водоснабжения, что вызвано нарастающим в последние годы их техногенным загрязнением.
Особую опасность представляет загрязнение питьевой воды микроорганизмами, которые относятся к патогенным и могут вызвать вспышки разнообразных эпидемических заболеваний среди населения и животных.
Всемирная организация здравоохранения предупреждает, что 80% заболеваний на планете вызваны потреблением некачественной питьевой воды. Проблема чистой воды стоит перед многими странами.
Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения и их рациональное использование для нужд народного хозяйства – одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения.
В связи с этим вопросы качества водных ресурсов, их загрязнения, в том числе и микробиологического, а также безопасности питьевой воды в эпидемическом отношении рассматривались во многих работах (Авалиани С.Л. и др., 1996;
Микробиология загрязненных вод. Под ред. Р. Митчела, 1976;
Семин В. А, 2001;
Сергеев Е. М., Кофф. Г. Л.1995г;
Феофанов Ю. А.1999).
Развитие промышленности и коммунального хозяйства города Владимира привело к росту не только водопотребления, но и водоотведения. Большие объемы сбросов недостаточно очищенных сточных вод ухудшают экологическое состояние речных экосистем и снижают качество природных вод.
В Сирийской арабской республике сточные воды, содержащие значительное количество микроорганизмов и органических веществ и не успевающие самоочищаться, также представляют серьезную экологическую проблему, на что указывалось в ряде работ (Арабские страны Западной Азии и Северной Африки. М., 1997;
Окружающая среда и развитие в арабском мире. М.,1999.). Вода поверхностных водоемов (реки Куаик и Евфрат) непригодна для питья и даже для орошения, потому что ряд предприятий в городе сбрасывают сточные воды непосредственно в открытые водоемы без предварительной очистки. Ежегодно в Сирийской арабской республике регистрируется большое количество острых кишечных инфекций, связанных с загрязнением воды.
Таким образом, определение качества поверхностных вод и централизованного водоснабжения, их микробиологическая оценка, оценка потенциального риска эпидемиологической опасности и разработка рекомендаций по его уменьшению являются чрезвычайно актуальными.
Поэтому основной целью данного исследования явилась микробиологическая оценка питьевой воды в пределах урбанизированных территорий и оценка степени ее потенциальной опасности для здоровья населения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• оценка микробиологического загрязнения поверхностных водоемов и водопроводной воды г. Владимира и Сирийской Арабской республики;
• сравнительный анализ заболеваемости острыми кишечными инфекциями (ОКИ) в г. Владимире с целью выявления их связи с качеством потребляемой воды;
• оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды (на примере г. Владимира).
Объект исследования: В диссертационной работе проводилось исследование вод рек, родников и централизованного водоснабжения г. Владимира, а также Сирийской Арабской республики. Работа проводилась в течение трех лет. В период с сентября 2003 г. по август 2006 г. было проанализировано 319 проб воды из родников г.
Владимира, 108 проб воды их рек Клязьма, Нерль и Содышка, 156 проб водопроводной воды, 152 пробы воды из колодцев Халебской области в Сирии и пробы воды из рек Куаик и Евфрат. Работа выполнена в соответствии с тематическими планами исследований Владимирского Государственного Университета (2004 2007гг.).
Научная новизна диссертационной работы: На основе комплексных исследований впервые дана оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды г. Владимира. Показано, что оценка риска здоровью населения, связанного с бактериальным загрязнением воды, может служить критерием определения качества воды и отражает загрязнение окружающей среды.
Наряду с поверхностными водами можно использовать качество родниковой воды как индикатора состояния окружающей среды в районе расположения родника.
Впервые проведен сравнительный анализ качества вод поверхностных водоемов г.
Владимира и Сирийской арабской республики. Изучена сезонная динамика численности бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в поверхностных водоемах г. Владимира и Сирийской арабской республики, а также многолетняя динамика заболеваемости острыми кишечными инфекциями.
Защищаемые положения:
1. Микробиологический анализ поверхностных водоемов г. Владимира свидетельствует о том, что вода большинства исследованных источников не соответствует санитарно-гигиеническим нормативам.
2. Из-за повышенного загрязнения водоисточников традиционно применяемые технологии обработки воды недостаточно эффективны и не всегда обеспечивают надежную водоподготовку и подачу населению питьевой воды гарантированного качества. Кроме того, качество воды централизованного водоснабжения ухудшается при транспортировке.
3. Неудовлетворительное состояние водоснабжения, качества питьевой воды, а также неблагоприятная ситуация, сложившаяся с децентрализованным водоснабжением, стимулируют распространение заболеваний кишечными инфекциями.
4. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды г.
Владимира показывает среднегодовой уровень эпидемиологического риска 1, %, что находится на уровне допустимого риска. Однако, по степени потенциальной опасности водопровод г. Владимира относят к третьей (высокой) степени.
Практическая значимость работы: Полученные результаты могут быть положены в основу информационной базы для принятия решений по реализации природоохранных мероприятий, направленных на снижение уровня загрязнения водных объектов и предотвращение деградации речных бассейнов. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды может служить критерием определения качества вод.
Апробация работы: Основные результаты диссертации были доложены на III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г.
Владимир, 2005г.);
IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов» (г. Владимир, 2007г.);
Международной научной конференции «Проблемы биологии, экологии и образования: история и современность» (Санкт Петербург, 2006);
Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь» (г. Пенза, 2007г.).
По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 130 стр., содержит 33 табл., 13 рис. и состоит из введения, 4-х глав, выводов, списка литературы и приложений.
Основное содержание работы
Во введении обосновывается актуальность темы исследования, определяются цель и задачи, объект исследований, показана практическая значимость и реализация результатов работы.
В первой главе рассмотрены значение воды в биосфере, роль воды для человека, проблемы качества питьевой воды и основные виды и источники загрязнения водных объектов. Перечислены мероприятия по предотвращению загрязнения поверхностных и подземных вод. Дана характеристика поверхностных и подземных вод Владимирской области и основных критериев качества питьевой воды.
Рассмотрено влияние хозяйственной деятельности предприятий г. Владимира на состояние водных объектов и роль воды, как фактора передачи возбудителей инфекционных заболеваний. Описаны общие свойства представителей семейства Enterobacteriaceae и Escherishia coli, как бактерии – индикатора фекального загрязнения.
Во второй главе приведены объекты и методы исследований. Исследована вода 11 родников, расположенных на территории г. Владимира, рек Клязьма, Содышка и Нерль ( на территории Владимирской области ), вода из источников централизованного водоснабжения(рис.1), а также воды из поверхностных водоемов и водопроводная вода г. Халеб Сирийской арабской республики.
Рис.1 Расположение объектов исследования на территории г. Владимира.
В работе были использованы следующие методы исследования:
мембранной фильтрации (для определения общих и термотолерантных бактерий);
биохимических тестов (для подтверждения оксидазной активности и способности ферментировать лактозу);
статистические методы анализа заболеваемости;
методы математической статистики для оценки риска здоровью населения.
В третьей главе приведены полученные результаты и их обсуждение.
Микробиологический анализ проб речной и родниковой воды показал, что вода большинства исследованных источников не соответствует санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию БГКП.
В результате проведенных исследований было выявлено, что пробы воды из различных источников сильно отличаются друг от друга по степени бактериальной обсемененности. Наиболее загрязненной бактериями является вода из реки Клязьма, где бактерии группы кишечной палочки (БГКП) обнаруживались в больших количествах (от 1300 до 5000 в литре).Умеренное загрязнение воды (от 140 до бактерии в литре) было отмечено в пробах воды из р. Нерль и р. Содышка. Изучение сезонной динамики численности БГКП в поверхностных водоемах г. Владимира показало, что наибольшее количество бактерии обнаруживалось в основном в сентябре-ноябре, что очевидно связано с повышенным количеством осадков (рис. 2).
К л -и д кс ои не р. Клязьма р.Нерль р. Содышка ь ь рь ен ь т ай бр ар ар л яб ю М тя М нв И о Я Н С Рис.2 Сезонная динамика численности БГКП в поверхностных водоемах г.
Владимира (2006 г.).
Вода из системы централизованного водоснабжения в основном соответствовала санитарным нормам, т.к. содержание БГКП составляло от 0 до 2,99 в литре, за исключением февраля и апреля 2005 г. (табл. 1).
Таблица 1.
Качество водопроводной воды в 2005 году по результатам лабораторных исследований.
январь февраль март апрель май июнь июль август сентябрь октябрь ноябрь декабрь Цветн 15 18 18 22 12 8 10 8 12 0 0 ость 20 18 15 22 12 8 12 8 10 0 0 17.5 18 16.5 12 12 8 11 8 11 0 0 Мутн 0.63 0 0.58 0 0 0.29 1.04 0 0 0 0 ость 0 0 0.34 0 0 0.1 0.61 0 0.46 0 0 0.3150 0 0.46 0 0 0.19 1.82 0 0.23 0 0 Железо 0.25 0 0.06 0.05 0.12 0.12 0.1 0.12 0.18 0 0 0.1 0 0.12 0.08 0.1 0 0.12 0 0.2 0 0 0.1167 0 0.06 0.043 0.07 0.04 0.07 0.04 0.1267 0 0 Амми- 0.1 0.15 0.05 0.05 0.08 0.05 0.12 0.05 0.05 0 0 ак 0.13 0.24 0.05 0.1 0.1 0 0.1 0 0 0 0 0.1150 0.19 0.05 0.075 0.09 0.02 0.11 0.02 0.025 0 0 Коли- 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 0 0 индек 2.99 18 2.99 210 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 0 0 сы 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 0 0 2.99 7.99 2.99 71.99 2.99 2.99 2.99 2.99 2.99 0 0 Нитри 3.98 2.22 1.2 4.65 4.81 3.11 3.32 3.53 9.52 0 0 ты 3.98 2.22 1.2 4.65 4.81 3.11 3.32 3.53 9.52 0 0 Нитра 4.8 2.66 1.77 5.32 3.98 0 3.93 0 4.43 0 0 ты 4.8 2.66 1.77 5.32 3.98 0 3.93 0 4.43 0 0 Исследования воды из 11 родников г. Владимира также показали большие отличия их по степени бактериальной обсемененности. Отмечаются родники с наиболее чистой водой, причем, колебания положительных проб на протяжении всего времени исследования отличаются относительной стабильностью, и родники с наиболее загрязненной по бактериологическим показателям водой. Колебания численности бактерий кишечной группы в исследуемый период составили от 0 до 7400 бактерий в литре (табл. 3,4). При этом по годам соответственно:
в 2003 году от 0 до 2750 бактерий в литре (табл.2);
в 2004 году от 0 до 1800 бактерий в литре (табл.2);
в 2005 году от 0 до 7400 бактерий в литре (табл. 3);
в 2006 году от 0 до 1930 бактерий в литре (табл. 3).
Таблица Качество родниковой воды г. Владимира в 2003-2004 г.г. (по микробиологическим исследованиям, коли-индекс).
Название родника Месяцы 2004 г. Месяцы 2003г.
Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Родник на Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
540 213 улице Нижняя Дуброва Родник у Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
1230 247 54 железнодорож ной больнице (верх) Родник у Отс. Отс. Отс.
1500 210 218 45 639 423 82 40 210 600 железнодорож ной больнице (низ) Родник на Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
60 27 78 45 90 450 улице Левино поле Родник у Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
980 60 225 621 1105 10 450 960 стадиона "Торпедо" Родник на Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
300 229 27 200 792 72 100 980 улице Маяковского Родник у Отс. Отс. Отс.
210 250 168 198 765 45 400 100 240 200 станции газозапраки Родник на Отс. Отс. Отс. Отс.
100 100 69 52 1090 198 300 1200 270 улице Куйбышева Родник на Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
105 24 20 улице Мира Родник на Отс. Отс. Отс. Отс.
390 30 270 156 18 189 183 800 1500 улице Суздальская Родник на Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс 2750 600 342 10 1035 300 600 улице Верещагина Таблица 3.
Качество родниковой воды г. Владимира в 2005-2006 г.г. (по микробиологическим исследованиям, коли-индекс).
2005г. Название Месяцы Месяцы родника Январь Февраль Март Апрель Май Январь Февраль Март Апрель Май Июнь Сентябрь Октябрь Ноябрь Декабрь Родник на улице Нижняя Дуброва Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
18 30 400 325 Родник у железнодорожно Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
840 27 54 460 й больнице (верх) Родник у железнодорожно Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
200 45 128 162 198 423 40 20 й больнице (низ) Родник на улице Левино поле Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
50 27 730 1250 27 Родник у 380 560 800 99 стадиона Отс. Отс.
675 1320 1800 200 1200 1260 560 "Торпедо" Родник на улице Маяковского Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
27 200 72 280 200 1800 Родник у станции Отс. Отс. Отс.
40 45 108 162 45 7400 300 200 100 340 225 газозапраки Родник на улице Куйбышева Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
240 99 198 154 2100 320 Родник на улице Мира Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
50 21 25 Родник на улице Суздальская Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
18 1930 430 124 650 1500 2600 180 Родник на улице Верещагина Отс. Отс. Отс. Отс. Отс. Отс.
60 369 85 2800 2000 600 6000 460 Анализ результатов по годам показывает, что наибольшее количество положительных проб приходится на 2003 год, и составляет 65,9% и наименьшее на исследуемый период 2006 года, что составляет 49,1% (табл.4).
При сравнении показателей бактериальной загрязненности по сезонам следует отметить, что наибольшее количество бактерий в исследуемых пробах наблюдалось весной и осенью (табл. 2,3). Количество положительных проб в 2004 году составило 48,5% и 57,6% соответственно. В 2005 году 69,7% и 60,65% (табл. 4). В данном случае анализировались данные наиболее полных исследований по сезонам. Причем, в ходе исследований ТКБ чаще обнаруживались в этот же период года. Возможно, это связано весной с таянием снегов и весенним половодьем, осенью - с повышенным количеством осадков.
В период с сентября 2003 года по май 2006 года было проанализировано 319 проб, из которых положительными, т.е. содержащими колиформные бактерии, были проб или 54,9% (табл.4).
Следовательно, вода родников, которую многие жители города Владимира считают наиболее чистой, в действительности не является таковой, т.к. более чем в % случаев содержит бактерии кишечной группы и представляет опасность в эпидемиологическом отношении.
Таким, образом, проблема с водоснабжением в г. Владимире остается актуальной и в основном это касается уровня биологического загрязнения реки Нерль и состояния труб разводящей системы, т.к. отклонения от требований СанПиН по бактериологическим показателям регистрируются на водопроводных сетях Нерлинской НФС. По степени потенциальной опасности водопровод г. Владимира относят к третьей (высокой) степени: неудовлетворительное состояние водопроводных сетей, 70%-й износ водопроводных труб, несвоевременная их замена, аварийные ситуации и утечки на водопроводных сетях. Кроме того, часть населения использует воду родников, при этом вода родников как установлено, в 54% проб не соответствует санитарным требованиям по бактериологическим показателям, что в конечном итоге может привести к вспышке острых кишечных заболевании.
Установлено, что выбранный для исследований метод мембранной фильтрации дает наиболее полную оценку качества воды по бактериальной обсемененности. Этот метод, благодаря эффекту концентрации, позволяет исследовать как ничтожно малые, так и большие объемы воды, дает возможность документирования результатов, не требует дорогостоящего оборудования. Метод не только прост в исполнении, точен по результатам, но и экономичен, т.к. имеет ряд преимуществ по сравнению с часто применяемым титрационным методом.
Таблица 4.
Результаты микробиологического исследования воды родников г. Владимира Анализ по годам Показатели Название 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г.
родника Всего Полож. % Полож. Всего Полож. % Полож. Всего Полож. % Полож. Всего Полож. % Полож.
проб проб проб проб проб проб проб проб Родник на улице 4 2 50 10 1 10 4 40 5 2 Нижняя Дуброва Родник у железнодорожной 4 2 50 10 2 20 10 3 5 2 больницы (верх) 80 • Родник у железнодорожной 4 3 75 10 8 10 4 40 5 4 больницы (низ) Родник на улице Левино поле 4 3 75 10 4 40 10 5 50 5 1 100 • 100 • Родник у стадиона "Торпедо" 4 4 10 5 50 10 8 80 5 Родник на улице Маяковского 4 2 50 10 7 70 10 5 50 5 2 80 • 90 • Родник у станции 4 3 75 10 8 10 9 5 3 газозаправки Родник на улице Куйбышева 4 3 75 10 7 70 10 5 50 5 2 25 30 Родник на улице Мира 4 1 10 3 30 10 3 5 100 • Родник на улице Суздальская 4 4 10 6 60 10 6 60 5 3 Родник на улице Верещагина 4 2 50 10 6 60 10 7 70 5 2 Сумма 44 29 110 57 51,8 110 59 53,6 55 65,9 49, • - самые грязные родники - самые чистые родники ;
По данным официальной медицинской статистики в работе была проанализирована ситуация по заболеванию населения кишечными инфекциями.
Анализ многолетней заболеваемости дизентерией в г. Владимире с 1984 по 2003 г.
свидетельствует о наличии общей закономерности: тенденции снижения (рис.2).
Эмпирические показатели заболеваемости Показатели заболеваемости, рассчитанные по методу скользящей средней Рис.2.Многолетняя динамика заболеваемости дизентерией в городе Владимир Тенденция эпидемического процесса прослеживается на графике многолетней динамики заболеваемости дизентерией, построенного с использованием интенсивных показателей (показатели заболеваемости на 100 000 населения), и показателей, рассчитанных по методу скользящей средней.
При анализе внутригодовой динамики заболеваемости дизентерией в 2003 и 2004 годах, был рассчитан индекс сезонности, который для 2003 г. составил 3,76, а для 2004 г. 1,08.
В месяцы сезонного подъема было зарегистрировано: 4/5 всех случаев заболеваний в 2003 году (коэффициент сезонности 79%), и 1/2 всех случаев заболеваний в 2004 году (коэффициент сезонности 52%).
Месяцы сезонного подъема заболеваемости – это август, сентябрь, октябрь, ноябрь и декабрь в 2003 году и август в 2004, т.е. это те, в которых заболеваемость была выше среднемесячной за год.
Известно, что возбудитель дизентерии относится к роду Shigella, который включает 4 вида: Sh.disenteriae, Sh.flexneri, Sh.boydii, Sh.sonnei. Превалировали заболевания, вызванные шигеллами Флекснера, соотношение дизентерии Зонне и Флекснера 1:1,5 (2003 год) и 1:1,7 (2004 год).
Возрастная структура заболеваемости дизентерией была неоднородной, интенсивность поражения детей выше, чем взрослых в 2 раза в 2003 и почти одинаковая в 2004 году.
Анализ многолетней динамики носительства дизентерии в городе Владимире с1993 по 2004 год свидетельствует о том, что из всех зарегистрированных случаев носителями являются около 50% дети, 50% - взрослые, хотя за последние 3 года все чаще носителями становятся взрослые, и все реже дети.
При анализе многолетней заболеваемости прочими острыми кишечными инфекциями (ОКИ) в г. Владимире наблюдается тенденция роста заболеваний (рис.3).
Этиологическая расшифровка ОКИ установила, что на первое место выходят заболевания, вызванные ротавирусами, удельный вес которых составляет примерно от 50 до 90% и за последние годы возрастает. При этом доля ОКИ энтеробактериальной этиологии снижается.
Эмпирические показатели заболеваемости Показатели заболеваемости, рассчитанные по методу скользящей средней Рис.3. Многолетная динамика заболеваемости прочими острыми кишечными инфекциями в г. Владимире.
В работе представлены результаты микробиологической оценки загрязнения водных объектов в Сирийской Арабской республике. На северо-западе Сирийской Арабской Республики находится город Халеб. Основной водной артерией Халебской области является река Евфрат и ее притоки.
Одной из основных причин загрязнения воды и распространения заболеваемости во многих городах Сирийской арабской республики является сточная вода.
Наибольшее количество кишечных инфекций связанных с загрязнением воды было зарегистрировано в 1996 г. (900000 случаев), что послужило толчком к активизации работ по охране водоемов. В 1998 в сирийской арабской республике был создан центр охраны окружающей среды.
Кроме того, потребитель может сталкиваться с проблемой микробиологический безопасности при использовании вод из подземных источников, которая также может содержать патогенные микроорганизмы, однако основную угрозу представляет вода, вторично загрязняемая микробами при нарушении герметичности водопроводной сети.
Улучшение жизни людей в городе невозможно без обеспечения его чистой водой. Загрязнение водных источников промышленными, бытовыми и сельскохозяйственными отходами является в настоящее время основной проблемой города Халеб. В 1982г. только 77% жителей Сирийских городов могли пить обеззараженную воду, а через13 лет, к 1995 году эта цифра увеличилась на 4%.
В Халебском центре для обработки воды, который занимается очисткой поверхностных вод и анализом проб воды в 2003 г. были получены следующие данные. Результаты анализа воды до и после обработки на станции водоочистки и в реках показали, что вода в большинстве случаев непригодна для питья и даже для орошения, потому что ряд предприятий в городе сбрасывают свои воды непосредственно в открытые водоемы, такие воды требуют предварительной очистки перед сбросом их в городскую канализационную сеть. На реке Куика (на севере) анализ показал, что вода имеет разное качество в зависимости от характера сточных вод и загрязнения. Иногда она не пригодна даже для орошения т. к. содержит соли и имеет высокое значение PH из-за отсутствия активного метода очистки сточных вод.
В связи с тем, что вода реки Куаик имела очень сильное бактериальное загрязнение, она перестала использоваться в качестве источника водоснабжения.
Наши исследовании в 2004-2006 г.г. показали, что качество воды этой реки по прежнему остается низким В результате проведенных исследований в период с 2003г.
по 2006г. было выявлено, что пробы воды из двух основных рек города Халеб сильно отличаются друг от друга по степени бактериальной обсемененности.
Наиболее загрязненной бактериями является вода из реки Куаик, где бактерии группы кишечной палочки (БГКП) обнаруживались в больших количествах (от до 14000 в литре) Умеренное загрязнение воды (от 2300 до 5000 бактерии в литре) было отмечено в пробах воды из р. Евфрат. Водопроводная вода в ряде районов города Халеб также не может быть использована для питья и для орошения, однако по государственным документам водопроводная вода всегда пригодна для питья.
Таким образом, установлено очень низкое качество воды как поверхностных водоемов, так и водопроводной воды, что является причиной большого количества кишечных инфекции (табл.5).
Таблица 5.
Сезонная динамика численности БГКП в поверхностных водоемах г. Халеба (коли индекс).
Водные источники июнь июль август годы Р. Евфрат 2004 г. 2400 2400 2005 г. 3100 2300 2006 г. 2300 2300 Р. Куаик 2004 г. 4600 6200 2005 г. 4500 4500 2006 г. 8400 6600 Одной из основных причин загрязнения воды и распространения заболеваемости во многих городах Сирийской арабской республики являются сточные воды, содержащие значительное количество микроорганизмов и органических веществ и не успевающие самоочищаться. Это серьезная экологическая проблема, представляющая угрозу здоровью населения, т. к. уровень заболевания населения кишечными инфекциями в значительной степени зависит от качества питьевой воды.
Для оценки уровня бактериального и химического загрязнения воды колодцев Халебской области в Сирии в 2005г. исследовали 152 пробы с использованием метода мембранной фильтрации. Пробы воды из колодцев разделили на 9 групп по степени их бактериального и химического загрязнения.
Группа 1: содержит пробы воды с наименьшим бактериальным и химическим загрязнением. Анализ проб воды этой группы показал отсутствие фекального загрязнения. Согласно санитарному стандарту № 45 принятому в Сирии (1994), допустимый уровень нитритов в питьевой воде составляет 0,01 мг/л, аммония 0, мг/л, нитратов 10 мг/л. Колодцы данной группы составляют 7,89% от общего числа колодцев.
Группа 2: содержит пробы воды, в которых заметно увеличена концентрация NO 3, а концентрация NO-2 находится в пределах нормы. При этом отмечено увеличение общего количества бактерий в воде ОМЧ и отсутствие E.coli. Колодцы данной группы находятся рядом с сельскохозяйственными угодьями, которые интенсивно орошаются. Обнаруженные в воде виды бактерий могут свидетельствовать о загрязнении колодезных вод водами орошения. Данные колодцы составляют 15,13% от общего числа колодцев.
Группа 3: содержит пробы воды с химическими показателями близкими к норме, однако в них повышено общее количество бактерии и появляются новые виды бактерии, которых не было в предыдущих пробах (например, Enterococcus sp., Streptococcus sp., Yersenia pseudotuberculosis, Enterobacter cloacae). Колодцы данной группы составляют 5,92% от общего числа колодцев.
Группа 4: содержит пробы воды с повышенной концентрацией химических веществ, однако E.coli в этих пробах не обнаружена и выделено 2 вида бактерии группы кишечной палочки: Pseudomonas agglomeras и Acinato lowfii. Колодцы данной группы составляют 7,23% от общего числа колодцев.
Группа 5: содержит пробы воды с повышенным содержанием NO-2 и NO-3.
Концентрация NH+4 в пределах нормы. В данных пробах обнаружено большое количество E.coli и других колиформных бактерий, что объясняется загрязнением сточными водами. Колодцы данной группы составляют 31,57% от общего числа колодцев.
Группа 6: содержит пробы воды с повышенной концентрацией ионов NH+4, но содержание нитритов и нитратов в норме. При этом отмечен рост бактериального загрязнения, в том числе количества E.coli и других колиформных бактерий. Это связано с фекальным загрязнением колодцев, о чем свидетельствует повышенное содержание ионов NH+4 как индикатора сточных вод. Данные колодцы составляет 9,21% от общего числа колодцев.
Группа 7: содержит пробы воды, в которых содержание NO-2, NO-3 и NH+4 в пределах нормы, но имеется бактериальное загрязнение. Общее микробное число ОМЧ в пределах нормы, однако обнаруживается E.coli и другие колиформные бактерии. Таким образом, имеется несоответствие между увеличением количества бактерии и химическим загрязнением, что случается редко. Данные колодцы составляют 4,6% от общего числа колодцев.
Группа 8: содержит пробы воды с повышенной концентрацией химических веществ, и повышенным ОМЧ. Имеются E.coli и другие колиформные бактерии.
Данные колодцы составляют 9,21% от общего числа колодцев.
Группа 9: содержит пробы воды с наибольшим химическим и бактериальным загрязнением. В воде обнаруживаются в большом количестве E.coli и другие колиформные бактерии. Данные колодцы составляют 11,84% от общего числа колодцев.
Четвёртая глава посвящена оценке потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды в результате бактериального и вирусного загрязнения централизованной системы водоснабжения г. Владимира. Для этого количественно рассчитывался потенциальный риск эпидемиологической опасности питьевой воды, то есть вероятность увеличения первичной заболеваемости популяции в результате загрязнения водопроводной воды патогенными микроорганизмами.
В основу исследования были положены методология анализа рисков для здоровья населения (US EPA), многолетние данные по коли-индексу в речной и в водопроводной воде, при этом использовались методы теории вероятности и математической статистики.
Инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями и вирусами представляют собой наиболее типичный фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой. Однако прямая идентификация отдельных патогенных микроорганизмов в воде – задача сложная и дорогостоящая. Практически для каждого типа микроорганизмов используется собственная методика идентификации, требующие больших затрат времени. По этому при оценке риска использовались данные стандартного микробиологического мониторинга по коли-индексу, так как коли-индекс является индикатором присутствия патогенных бактерий в воде.
Необходимо отметить, что поиск в воде патогенной флоры по индикаторным организмам является косвенным. То есть, если обнаружено наличие индикаторных организмов, то предполагается наличие в воде и патогенных агентов. Именно поэтому в большинстве случаев нормативы требуют полного отсутствия в воде индикаторных организмов.
Для г. Владимира основные источники поступления микроорганизмов – это фекальные стоки в бассейне реки Нерль и вторичное загрязнение воды в распределительной сети. Факторы, способствующие вторичному загрязнению: низкое давление в системе, протечки, рост биопленок, низкое содержание остаточного свободного хлора, высокие концентрации растворенных органических соединений в речной воде. Основной объект анализа – это водопроводная вода Нерлинского водозабора. Вода реки Нерль характеризуется высоким уровнем коли-индекса.
Среднегодовой уровень коли-индкса в реке составляет 4400, а максимальное зафиксированное значение – 58000. При этом приемлемым считается уровень коли индекса для речной воды – 1000, а максимально допустимое значение для существующих насосно-фильтрующих станций не должно превышать 10000. Таким образом, в условиях используемой технологии водоподготовки и обеззараживания существует вероятность попадания патогенных организмов из реки в распределительную водопроводную сеть.
Проведён анализ показателей микробиологического загрязнения водопроводной воды (рис. 4). На первом графике приведены многолетние данные по коли-индексу водопроводной воды, которые получены центром государственного санитарно эпидемиологического надзора. Статистический анализ показал, что динамика коли индекса подчиняется логарифмически-нормальному закону распределения. Данная зависимость была построена на основании нормального закона распределения p(x) по данным коли-индекса водопроводной воды в логарифмической шкале ( x = ln K ). При этом наиболее вероятное значение коли-индекса в распределительной сети составляет 4,6, а максимальное значение оценивается величиной 153. Расчётным путём установлено, что доля проб воды с коли-индексом более 3 в распределителной сети состовляет 63,9 %, а доля проб воды с коли-индексом более 20 составляет 10,3 %.
1. Коли-индекс К водопроводной воды 3. Статистические параметры распределения значений коли-индекса К водопроводной воды в K распределительной сети Нерлинской НФС Параметр ln K K Математическое ожидание, XЦ 1,51 4, Среднее квадратическое отклонение, 1,17 – Максимальное значение, Xmax=XЦ+3 5,03 153, Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- Я- И- 2. Плотность распределения вероятности p(x) 4. Параметры бактериального загрязнения для значений коли-индекса К воды в рас- водопроводной воды в распределительной сети пределительной сети Нерлинской НФС (x = ln К) Нерлинской НФС 0, p(x) Параметр Значение 0, Среднегодовое значение коли-индекса 0, воды в распределительной сети 4, 0, Доля проб воды (%) с коли-индексом 0, более 3 в распределительной сети 63, 0, К=3 К=4,6 К=153, 0, Доля проб воды (%) с коли-индексом 0, более 20 в распределительной сети 10, 0, x 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5, Рис. 4. Показатели микробиологического загрязнения водопроводной воды Далее осуществлена оценка статистических показателей регистрации в водопроводной воде патогенных бактерий (рис. 5). Вероятность обнаружения патогенных бактерий в водопроводной воде характеризуют 2 графика. Первый график показывает плотность вероятности регистрации различных значений коли-индекса в водопроводной воде P1 = f (K ). Второй график отражает вероятность присутствия патогенных бактерий в воде в зависимости от коли-индекса P2 = f (K ). Интегрирование произведения этих двух функций даёт значение вероятности обнаружения патогенных бактерий в водопроводной воде распределительной сети Нерлинского водозабора. Эта вероятность равна 0,018. Интересным является тот факт, что при значениях коли индекса 17 – 18 в водопроводной воде возникает наибольшая угроза поражения населения патогенными бактериями в г. Владимире.
1. Вероятность P1 регистрации значений коли- 3. Вероятность P обнаружения патогенных индекса К в водопроводной воде бактерий в водопроводной воде в распределительной сети Нерлинской НФС 0, P 0, 0, ln P = P ( xi ) P2 ( xi ) = p(x ) P (x )dx 0, 1 0, 0, x = ln K 0, 0, 0, К 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2. Вероятность P2 регистрации патогенных 4. Статистические параметры регистрации бактерий в водопроводной воде в зависимости от патогенных бактерий в водопроводной воде в коли-индекса K распределительной сети Нерлинской НФС 1, P2 Параметр Значение 0, 0,8 Вероятность обнаружения в 0, P2 = 1 exp ( 2,1 10 3 K ) водопроводной воде г. Владимира 0, патогенных бактерий 0, 0, 0, Критическое значение коли-индекса в 0, распределительной сети 17, 0, К = 153, 0,1 Доля проб воды (%) с коли-индексом P2 = 0, 0, 10 – 25 в распределительной сети 17, К 0 500 1000 1500 Рис. 5. Статистические показатели регистрации патогенных бактерий в водопроводной воде Воду Нерлинского водозабора потребляют 61,5 % городского населения.
Статистический анализ многолетних данных показывает, что максимальные среднемесячные значения коли-индекса приходится на месяцы: июль, август и сентябрь. При этом основным механизмом передачи возбудителей является фекально оральный.
Воздействие патогенных бактерий рассматривается как неканцерогенное хроническое, которое вызывает однотипные неспецифические эффекты, возникающие в условиях длительного вредного воздействия неканцерогенного фактора и приводящие к увеличению общей (первичной) заболеваемости популяции. Основные факторы риска – это разновидность патогенных организмов, их концентрации в воде, относительная инфицирующая доза и состояние защитных систем человека. Поэтому к особо чувствительным субгруппам популяции отнесены детское и пожилое население г. Владимира, численность которых оценивается величиной 82 тыс. чел. и вероятность развития заболевания у которых стремится к единице.
Таким образом, среднегодовой уровень эпидемиологического риска для г.
Владимира равен 1,8 %, что приблизительно находится на уровне допустимого риска.
Допустимый уровень риска обычно принимают равным 2 % – как минимальное значение ошибки в медико-статистических исследованиях. Однако в отдельные месяцы наблюдается превышение допустимого уровня риска: в апреле, мае, июле, августе и сентябре (рис. 6). Наибольшее значение эпидемиологического риска приходится на сентябрь, когда наблюдается превышение допустимого уровня в 1, раз. При этом доля эпидемиологически опасной водопроводной воды в г. Владимире оценивается величиной 10 %, а уровень заболеваемости острыми кишечными инфекциями водного происхождения оказывается существенно недооценённым.
1. Среднемесячные значения потенциального 3. Характеристика потенциального риска риска эпид. опасности питьевой воды по эпидемиологической опасности питьевой воды микробиологич. показателям (Нерлинская НФС) города Владимира 4,0% Нерлин- Судогод Параметр Допустимый 3,5% ская НФС ский в-р уровень риска 3,0% 1. Экспонируемая популяция, 215,56 134, 2,5% тыс. чел.
2,0% 2. Чувствительные субгруппы 82,13 51, 1,5% популяции, тыс. чел.
1,0% 3. Коли-индекс Среднегодовой 0,5% – среднее значение 4,6 2,4* уровень риска 0,0% – максимальное значение 153,1 – Январь Март Май Июль Сентябрь Ноябрь 4. Средний % эпидопасной воды 10,3 % – 2. Ожидаемые и наблюдаемые показатели (с коли-индексом 20 и более) заболеваемости в г. Владимир 5. Потенциальный риск эпид.
Параметр Значение опасности питьевой воды по Ожидаемые дополнительные случаи микробиологич. показателям желудочно-кишечных заболеваний, – среднее значение 1,8 % 0,9 %* обусловленных водными – максимальное значение 3,5 % – 6. Вирусный гепатит А патогенными бактериями – годовой индивидуальный риск 0,048 % 0,025 % Общая заболеваемость ОКИ – пожизненный риск 3,36 % 1,75 % Вирусный гепатит А * – прогнозные значения Рис. 6. Характеристика риска Заболеваемость вирусным гепатитом А обусловлена постоянно действующими факторами, причём ведущим считается водный, что подтверждается сравнением заболеваемости на территории водоснабжения из Судогодского и Нерлинского водоводов. На территории водоснабжения Нерлинского водозабора заболеваемость оказывается в 2 раза выше, чем с Судогодским водопотреблением, где вода поступает из артезианских источников.
Несмотря на выявленный сравнительно невысокий уровень заболеваемости кишечными инфекциями, находящийся на границе допустимого риска, проблема с водоснабжением в г. Владимире остается актуальной и в основном это касается уровня биологического загрязнения реки Нерль и состояния труб разводящей системы, т.к.
отклонения от требований СанПиН по бактериологическим показателям регистрируются на водопроводных сетях Нерлинской станции. По степени потенциальной опасности водопровод г. Владимира относят к третьей (высокой) степени: неудовлетворительное состояние водопроводных сетей, их 70 % износ, аварийные ситуации и утечки на водопроводных сетях. Кроме того, часть населения использует воду родников и колодцев, при этом по официальным данным вода колодцев в 92,4 % проб и вода родников в 47,7 % проб не соответствует санитарным требованиям по бактериологическим показателям, что в конечном итоге может привезти к вспышке острых желудочно-кишечных заболеваний.
Приведённая оценка эпидемиологического риска не является полной и нуждается в дальнейшем уточнении, так как она не включает риск заболеваний от простейших организмов-паразитов, которые проявляют высокую устойчивость к хлору. В анализе также не учитывалось потребление населением воды из колодцев и родников. Тем не менее, в данной работе показана возможность проводить исследования связи между контролируемыми микробиологическими показателями качества водопроводной воды и острыми кишечными инфекциями бактериального происхождения на городском уровне. Предложенный метод расчёта риска основывается на расчёте вероятностей последовательности событий, оцениваемых по индикаторным организмам: вероятность биологического загрязнения воды вероятность обнаружения патогенных агентов вероятность развития острых желудочно-кишечных заболеваний у человека. Произведение этих вероятностей и есть численное значение риска эпидемиологической опасности водопроводной воды.
Таким образом, нами количественно оценен потенциальный риск эпидемиологической опасности водопроводной воды на территории г. Владимира.
Выводы 1. Микробиологический анализ проб речной и родниковой воды показал, что вода большинства исследованных источников не соответствует санитарно гигиеническим нормативам по содержанию БГКП.
2. Основные источники поступления микроорганизмов - фекальные стоки в бассейне реки Нерль и вторичное загрязнение воды в распределительной сети. В условиях используемой технологии водоподготовки и обеззараживания вероятность попадания патогенных бактерии в водопроводную воду распределительной сети Нерлинского водозабора равна 0,018.
3. Анализ многолетней заболеваемости острыми кишечными инфекциями (ОКИ) в г. Владимире с 1984 по 2003 г. свидетельствует о наличии общей закономерности:
тенденции снижения заболеваемости ОКИ энтеробактериальной этиологии и тенденции роста заболеваний, вызванных другими микроорганизмами, в частности ротавирусами.
4. При значениях коли-индекса 17 -18 в водопроводной воде возникает наибольшая угроза поражения населения в г. Владимире патогенными бактериями.
Среднегодовой уровень эпидемиологического риска для г. Владимира равен 1,8 %, что приблизительно находится на уровне допустимого риска. Доля эпидемиологически опасной водопроводной воды в г. Владимире оценивается величиной 10 %. По степени потенциальной опасности водопровод г. Владимира относят к третьей (высокой) степени.
5. Микробиологическая оценка загрязнения водных объектов в Сирийской арабской республике показала, что вода в большинстве случаев непригодна для питья и даже для орошения, т.к. промышленные предприятия сбрасывают сточные воды в открытые водоемы без предварительной очистки. Это представляет серьезную экологическую проблему, поскольку уровень заболевания населения кишечными инфекциями в значительной степени зависит от качества питьевой воды.
6. Вода в различных колодцах Халебской области Сирийской арабской республики очень сильно отличается по бактериальному и химическому загрязнению.
Было выделено 9 групп проб воды. отличающихся по степени загрязнения. В ряде случаев показана связь между концентрацией химических веществ в воде и присутствием колиформных бактерий.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Саид Н.Ю. Основные критерии качества питьевой воды.- Научно-популярный журнал Владимирского общества сельского хозяйства «Владимирский земледелец» № 1-2 (35-36), 2005г., 29 с.
2. Саид Н.Ю., Трифонова Т.А. Дезинфекция питьевой воды: проблемы и решения. Материалы III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2005г., с. 479-486.
3. Трифонова Т.А., Ширкин Л.А., Саид Н.Ю. Оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды (на примере г. Владимира). Материалы III Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2005г., с. 20-28.
4. Саид Н.Ю. Качество питьевой воды и методы ее очистки.- Материалы Международной научной конференции, Сп-б, ЛГУ, 2006г., с. 207-209.
5. Саид Н.Ю., Сахно О.Н. «Микробиологическая оценка поверхностных водоемов промышленного центра».-Проблемы региональной экологии, 2007г., № 4, с. 91 94.
6. Саид Н.Ю. Микробиологическое загрязнение водных объектов в Сирийской арабской республике.- Материалы XII Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь», Пенза, 2007г., с. 35-37.
7. Саид Н.Ю. Оценка качества вод Сирии- Материалы IV Международной научно практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2007г., с.
428-431.
8. Саид Н.Ю. Оценка степени бактериального загрязнения воды колодцев Халебской области в Сирийской арабской республике- Материалы IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2007г., с. 465-468.
9. Саид Н.Ю., Сахно О.Н., Трифонова Т.А. Оценка качества поверхностных вод г.
Владимир и эпидемиологического риска их использования- Материалы IV Международной научно-практической конференции «Экология речных бассейнов», Владимир, 2007г., с. 293-297.
Саид Недаль (Сирийская Арабская республика) Эколого-микробиологическая оценка источников питьевой воды урбанизированных территорий В работе впервые дана оценка потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды г. Владимира.
Впервые проведен анализ поверхностных водоемов г.Владимира и Сирийской арабской республики современными экспериментальными микробиологическими методами.
Изучена сезонная динамика численности бактерий группы кишечной палочки (БГКП) в поверхностных водоемах г.Владимира и Сирийской арабской республики, а также многолетняя динамика заболеваемости острыми кишечными инфекциями.
Дана характеристика качества родниковой воды г.Владимира и воды колодцев Сирийской арабской республики как индикатора состояния окружающей среды в районе их расположения.
Показана целесообразность использования оценки потенциального риска эпидемиологической опасности питьевой воды в качестве критерия определения качества вод.
Said Nedal (the Syrian Arabian republic) Ecology-microbiological estimation of sources of potable water of the urbanized territories In work the estimation of potential risk of epidemiological danger of potable water of Vladimir for the first time is given.
For the first time the analysis of superficial reservoirs of Vladimir and the Syrian Arabian republic is lead by modern experimental microbiological methods.
Seasonal dynamics of number of bacteria of group of an intestinal stick in superficial reservoirs of Vladimir and the Syrian Arabian republic, and also long-term dynamics of disease is studied by sharp intestinal infections.
The characteristic of quality of spring water of Vladimir and waters of wells of the Syrian Arabian republic as indicator of a condition of an environment in area of their arrangement is given.
The expediency of use of an estimation of potential risk of epidemiological danger of potable water as criterion of definition of quality of waters is shown.