Оценка риска здоровью, ассоциированного с употреблением воды подземных источников апшеронского комплекса Приэльтонья

Полный текст

Введение. Рельеф Волгоградской области носит уникальный характер - территория, занимаемая регионом, располагается в зоне сочленения двух крупных тектонических структур: Воронежской антеклизы и Прикаспийской синеклизы, разделенных глубинным Волгоградским разломом. Геоморфологические особенности региона оказывают влияние на химическую природу подземных вод, играющих значительную роль в социальном и экономическом развитии восточной (заволжской) части Волгоградской области. Типичный для волгоградского Заволжья субаридный климат, сменяющийся на восточных границах региона аридным, а также отсутствие достаточного количества поверхностных источников водоснабжения вынуждают значительную часть сельского населения (74,4%) использовать нецентрализованные подземные источники водоснабжения, 27,5% из которых не соответствуют гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям [9]. Северо-каспийский артезианский бассейн, занимающий восточную часть Волгоградской области в пределах Прикаспийской синеклизы является закрытой бессточной геологической структурой, в которой формируются преимущественно соленые воды и рассолы. Высокая минерализация подземных вод может служить источником рисков здоровью населения, постоянно проживающего на территории Палласовского административного района. Значительная часть района перекрыта четвертичными плиоценовыми морскими отложениями (N2-Q), лишь в районе озера Эльтон на поверхность выходят более древние юрские, меловые и палеоценовые породы (рис. 1). Расположенное на востоке от озера одноименное сельское поселение является одной из двух (наряду с г. Палласовкой) наиболее крупных в районе агломераций (2723 чел.).

Подземные воды, залегающие здесь, относятся к хазарско-хвалынскому аллювиально-морскому водоносному горизонту. Почти повсеместно везде на территории Палласовского района основными проблемами эксплуатации этого горизонта являются: неглубокое залегание верхних водоносных слоев (3-7 м), а также слабая дренированность водовмещаемых пород (песков, супесей, суглинков, глин). В районе Эльтонского сельского поселения складывается иная ситуация – реки, впадающие в озеро Эльтон, хорошо дренируют хазарский горизонт, формируя депрессионную воронку. В результате чего уровень подземных вод опускается более чем на 20 м. Верхний хазарский комплекс высокоминерализован (5,8-5,9 г/л) и его воды непригодны для использования в хозяйственно-питьевых целях [5].

 

Рис. 1. Геологическая карта заволжской части Волгоградской области в районе Эльтонского сельского поселения [5]

 

По результатам геологоразведочных работ в залегающем ниже апшеронском комплексе был выявлен участок, значительно отличающийся по гидрогеохимическим показателям от доминирующего в регионе хазарского комплекса, что позволило оценить перспективы его использования в хозяйственно-питьевых целях. Цель работы: на основе процедуры анализа риска здоровью произвести санитарно-экологическую оценку качества подземных вод хозяйственно-питьевого назначения в районе Эльтонского сельского поселения.

Материалы и методы. Объектом настоящего исследования являются поземные воды хозяйственно-питьевого назначения, используемые населением Эльтонского сельского поселения Палласовского административного района Волгоградской области. Информация о геологическом строении исследуемой территории и основана на ГИС-пакетах оперативной геологической информации Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А.П. Карпинского (ГИС-атлас «Недра России», дата актуализации базы данных – 01.09.2020). Выбор наблюдательных скважин апшеронского комплекса производился на основе отчета о результатах работ по поиску и оценке подземных вод на участке «Приозерный», представленного на сайте Российского федерального геологического фонда [7] (рис. 2).

 

Рис. 2. Карта минерализации подземных вод в районе Эльтонского сельского поселения [7]

 

Для анализа были отобраны пробы воды из 19 наблюдательных скважин наименее минерализованного (L) апшеронского комплекса, залегающего на глубине 20 метров. Пробы отбирались в стабильный в гидрогеохимическом плане период времени во избежание влияния талых вод на водоносные линзы. Химический состав воды был проанализирован на базе аккредитованной лаборатории ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Волгоградской области» (номер аккредитации № RA.RU.21ВО03). Гидрогеохимический анализ исследуемой территории позволил определить перечень приоритетных санитарно-токсикологических показателей качества подземных Приэльтонья, формирующих наиболее высокий потенциальный риск здоровью населения. Всего было оценено 17 показателей качества питьевой воды нецентрализованных подземных источников водоснабжения. Отбор приоритетных показателей осуществлялся на основе данных, представленных в ежегодных отчетах Комитета природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Волгоградской области, а также Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Волгоградской области [8; 9]. Оценка неканцерогенных рисков здоровью взрослых и детей осуществлялась с использованием методики, представленной в Руководстве по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду (P 2.1.10.1920-04) по верхней границе 95% доверительного интервала (ДИ) концентраций обнаруженных в воде поллютантов [12]. Методика оценки риска здоровью, обусловленного совместным воздействием на одну критическую систему группы загрязнителей, позволяет выявить риски здоровью для веществ, обнаруживаемых в концентрациях, не превышающих предельно допустимые (ПКД). Метод ДИ позволяет точнее определить диапазон средних значений с 95%-ной надежностью и является более предпочтительным при малом объеме выборки, чем точечная оценка [1]. В работе была оценена пероральная экспозиция токсикантов, ингаляторное и накожное поступление для нецентрализованных источников водоснабжения не рассматривалось согласно P 2.1.10.1920-04. Для взрослого и детского населения выбирались стандартные значения факторов экспозиции (массы тела, периода осреднения и объема потребляемой воды) для расчета дозы поступающих в организм загрязнителей.

Результаты и их обсуждение. В соответствии с санитарно-эпидемиологическими правилами и нормативами СанПиН 2.1.3684-21 «Санитарно-эпидемиологические требования к воде, воздуху, отходам, содержанию территорий и зданий…», процедура контроля качества питьевой воды должна включать в себя оценку следующего минимального перечня санитарно-химических показателей: pH, жесткость общая, общая минерализация, нитраты, окисляемость перманганатная, сульфаты и хлориды. Иные токсиканты могут быть проанализированы в зависимости от местных природных и санитарных условий, а также эпидемической обстановки в населенном месте [11]. Т.Н. Унгуряну и С.М. Новиков, основываясь на результатах метаисследования публикаций, посвященных оценке рисков здоровью, обусловленных пероральным поступлением загрязнителей, отмечают необходимость исследования достаточно широкого перечня токсикантов: щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов [13]. Особое внимание при контроле качества высокоминерализованной питьевой воды волгоградского Заволжья необходимо обратить на неорганические вещества, вносящие наибольший вклад в общую минерализацию подземных вод: хлориды, сульфаты, кальций, магний, калий и натрий. Такой подход видится актуальным для территориально изолированного Эльтонского сельского поселения, не имеющего промышленных предприятий. Основными факторами, обуславливающими формирование риска здоровью в подобных условиях, видится геохимическая природа водоносных горизонтов, а также нерациональное ведение сельского хозяйства.

Подземные воды хазарско-хвалынского аллювиально-морского горизонта, типичного для Приэльтонья, по анионному составу являются сульфатно-хлоридными, по катионному – натриевыми, характеризуются повышенной жесткостью (в отдельных участках – до 23,2 мг-экв/л). Согласно данным, представленным в ежегодных отчетах Комитета природных ресурсов, лесного хозяйства и экологии Волгоградской области, наиболее часто на территории всего Северо-каспийского артезианского бассейна отмечается превышение ПДК натрия, магния, железа, аммиака, хлоридов, сульфатов, а также общей минерализации и жесткости. В целом, химический состав подземных вод Приэльтонья типичен для Северо-каспийского артезианского бассейна. Однако, в большинстве проб отмечались более высокие, чем кларковые, значения содержания кальция, что может объясняться как химической природой водоносных горизонтов, так и сельскохозяйственной нагрузкой. Концентрации тяжелых металлов не превышали предельно допустимых значений (значительно ниже рефератных концентраций, представленных в P 2.1.10.1920-04) и не являлись факторами, вносящими вклад в формирование индексов неканцерогенной опасности. По результатам анализа показателей качества питьевой воды, оцененных на верхней границе 95% ДИ, наблюдается превышение нормативов по перманганатной окисляемости (1,22 ПДК), общей минерализации (1,27 ПДК), жесткости (1,22 ПДК), магнию (1,06 ПДК), натрию (1,63 ПДК), хлоридам (1,28 ПДК) (табл.).

 

Таблица

Показатели неканцерогенной опасности обнаруженных в воде приоритетных загрязнителей

Показатель качества	Концентрация на верхней границе 95% ДИ, мг/л	ПДК	Класс опасности	Референтная доза (RfD), мг/кг	Коэффициент неканцерогенной опасности HQ
					Взрослые	Дети
Запах, балл	1	2	-	-	-	-
Цветность, град	4	20	-	-	-	-
Мутность, мг/л	0,58	1,5	-	-	-	-
Величина pH, ед. pH	7,0	6-9	-	-	-	-
Железо, мг/л	0,05	0,3	3	0,3	0,005	0,01
Перманганатная окисляемость, мг О2/л	6,1	5,0	-	-	-	-
Общая минерализация, мг/л	1275	1000	-	-	-	-
Жесткость, мг-экв/л	8,6	7	-	-	-	-
Аммиак, мг/л	0,5	1,5	4	0,98	0,0146	0,0341
Калий, мг/л	6,4	20*	4э	-	-	-
Кальций, мг/л	83,4	100*	4э	41,4	0,0573	0,1316
Марганец, мг/л	0,005	0,1	3	0,14	0,0011	0,0021
Магний, мг/л	53,4	50*	3	11	0,1387	0,3236
Натрий, мг/л	326	200	2	34,3	0,2762	0,6491
Нитраты, мг/л	14,1	45	3	1,6	0,2500	0,5875
Сульфаты, мг/л	277	500	4	-	-	-
Хлориды, мг/л	448	350	4	-	-	-
Суммарный неканцерогенный риск HI (per os):					0,7429	1,7380

Примечание: * – нормативы, рекомендованные ВОЗ (для веществ, не указанных в СанПиН 2.1.3684-21)

 

Расчет коэффициентов опасности (HQ) отдельных загрязнителей показал низкий (кальций, магний, натрий, нитраты) или минимальный (железо, аммиак, марганец) уровень риска здоровью. Суммарный индекс неканцерогенного риска здоровью (HI) составил 0,74 (низкий) для взрослого населения и 1,74 (средний) для детей. Наибольший вклад в формирование риска здоровью взрослых/детей, обусловленного пероральным поступлением химических веществ с питьевой водой на исследуемой территории, вносили нитраты (HQ=0,2500/0,5875) и натрий (HQ=0,2762/0,6491).

Необходимо отметить однонаправленный механизм токсического действия указанных двух токсикантов. Длительное употребление воды с повышенным содержанием нитратов способно вызвать метгемоглобинемию, а также изменение функций сердечной деятельности. Попадая в организм, под воздействием микрофлоры желудочно-кишечного тракта нитраты восстанавливаются до нитритов и связываются с гемоглобином, образуя метгемоглобин, неспособный фиксировать и переносить кислород [15; 18]. При хроническом же воздействии возможно формирование риска развития онкологических заболеваний (через стадию превращения нитритов в нитрозамины под воздействием кислой среды желудочного сока) [19]. Установлено, что поступление нитратов с водой оказывает более выраженное отрицательное влияние на состояние здоровья человека, чем прием эквивалентной дозы с продуктами питания, что обусловлено биокинетикой нитратов, а также хорошей растворимостью в воде, увеличивающей скорость их всасывания в кровь [14]. Результаты эпидемиологических исследований свидетельствуют о повышенном риске развития ишемической болезни сердца и артериальной гипертензии у лиц, избыточно потребляющих натрий, обусловленный нарушением водно-солевого баланса. Длительное потребление натрий-избыточных вод способно вызвать заболевания почек и мочевыводящей систем: повышенное поступление натрия в организм способствует развитию гиперкальциурии [16; 17].

Суммарная оценка неканцерогенного риска для критических систем выявила наивысшие значения для сердечно-сосудистой системы: HI=0,5262 для взрослых и 1,2366 для детей. В диапазоне низкого уровня для детей (HI=0,1418) оказались риски неканцерогенной опасности для почек (алкалоз и гиперкальцинемия, обусловленные кальцием), остальные критические системы находились на уровне пренебрежимого риска. В литературе, посвященной анализу риска здоровью, связанного с пероральным поступлением токсикантов значительная доля публикаций посвящена оценке качества централизованных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Однако поиск новых альтернативных источников водоснабжения заставляет авторов все чаще обращать внимание на нецентрализованные источники [2-4; 6; 10]. Особенно актуальным данное направление является в условиях осложненных климатических и гидрологических условий водопользования в субаридных и аридных территориях юга России. Отсутствие доброкачественных поверхностных вод заставляют искать альтернативные ресурсы, обращая снимание на подземные воды. Понимание природы рисков здоровью, ассоциированных с химическим составом подземных вод может помочь в организации водоподготовки и разведке новых ресурсов подземных вод – одних из приоритетных направлений улучшения санитарно-эпидемиологического благополучия населения, обозначенных администрацией Эльтонского сельского поселения.

Выводы: 1. Проанализированные на верхней границе 95% ДИ концентрации содержавшихся в питьевой воде токсикантов могут оказывать полифакторное неблагоприятное воздействие на состояние здоровья человека. Использование методики, отраженной в P2.1.10.1920-04, выявило формирование значимых уровней неканцерогенного риска для веществ, обнаруженных в воде в концентрациях, не превышающих ПДК по СанПиН 2.1.3684-21.

2. Наибольший неканцерогенный риск употребления подземных вод создает натрий и нитраты (HQ>1 – средний риск), наибольшей опасности (в соответствии со стандартными факторами экспозиции: период осреднения, объем водопотребления, масса тела) подвержены дети. Риски здоровью, формируемые кальцием и магнием находятся в пределах низких величин (0,1<HQ<1).
3. Основной критической системой, подвергающейся неканцерогенной опасности, является сердечно-сосудистая система (с учетом рисков развития нитратной метгемоглобиновой анемии). Геохимическая природа водоносных горизонтов, а также отсутствие зон санитарной защиты источников водоснабжения являются ведущими факторами формирования неблагоприятной санитарно-экологической ситуации в исследуемом регионе.

Об авторах

Денис Сергеевич Новиков

Волгоградский государственный медицинский университет Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: dennov89@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2886-5431
Россия, Волгоград

Юлия Денисовна Фролова

Волгоградская областная клиническая больница №1

Email: udfrol@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9382-9755
Россия, Волгоград

Список литературы

Дополнительные файлы