Вода – естественная среда обитания для разнообразных микроорганизмов. Число микробов в воде зависит от многих факторов: расположения и степени загрязненности водоёма, содержания органических веществ, температуры окружающей среды, времени годы и т.д. Микробиологический анализ воды, взятый из подземных источников, может показать значительное количество бактерий, среди которых встречаются и возбудители опасных инфекционных заболеваний.
Запасы пресных вод (подземных и поверхностных), пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, невелики. На их долю приходится около 2 % от общего объема воды Мирового океана. Более 98 % всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, которые малопригодны для хозяйственной деятельности. В связи с усиливающимся загрязнением поверхностных вод, будет возрастать роль подземных вод как источников водоснабжения. Подземные воды составляют 14 % запасов пресных вод.
Ситуация с питьевой водой в России характеризуется как критическая – это прямая угроза здоровью населения. В связи с этим Государственной думой разработан проект Федерального закона «О питьевой воде», в котором впервые в нашей стране предпринята попытка правового регулирования в сфере питьевого водоснабжения. С 1 января 2007 года действует новый «Водный кодекс», который является законодательным актом по водопользованию [3].
Актуальность работы: гидрохимический и микробиологический анализ воды позволяет оценить экологическое состояние водного объекта, выявить присутствие опасных для человека микробов, прогнозировать дальнейшее использования водных объектов.
Цель работы: провести анализ по нескольким химическим: кислотно-основным свойствам (рН), общей и карбонатной жесткости, содержание ионов аммония, общего железа, хлоридов, сульфатов, нитратов, ортофосфатов, карбонатов, гидрокарбонатов, количество растворенного кислорода; органолептическим и микробиологическим показателям питьевой воды из колодцев Череповецкого района Вологодской области (д. Панфилка, д. Шулма, д. Солманское).
Органолептические и гидрохимические исследования проводились в сентябре 2013 года и в сентябре 2015 года. Микробиологические исследования проводились в период с июня 2014 г. по декабрь 2015 г. Пробы отбирались из общественных колодцев из трех деревень Панфилка, Шулма и Солманское Череповецкого района Вологодской области. Деревни, располагаются в западной (Панфилка и Шулма) и в центральной (Солманское) частях Череповецкого района. Данные источники используются населением для хозяйственно-пищевых целей. Вода в колодце деревни Панфилка располагается на глубине 15 метров. Шахта колодца по всей глубине оснащена стальной (металлической) трубой, а так же оборудована погружным насосом. Глубина колодца в деревне Шулма составляет 11 метров, а в деревне Солманское – 4 м. Шахты обоих колодцев оснащены железо-бетонными кольцами. Для сбора воды используется ведро. На поверхности всех трёх источников располагается деревянные сруб. Все исследования проводились в день отбора проб и в трёх кратной повторности.
Методика отбора проб воды и доставка в лабораторию, так же как и стандартные методы исследования качества воды, регламентированы СанПиН 2.1.4.1074-01 для воды централизованного водоснабжения и водопроводной воды [4]. Санитарно-гигиеническое исследование воды состоят из определения: 1) общего количества микробов в 1 мл (КОЕ/мл – колониеобразующие единицы), 2) количество бактерий группы кишечной палочки (БГКП) трехфазным бродильным методом (коли-титр и коли-индекс).
Для определения состава и свойств питьевой воды использовали стандартные методики, с помощью Ранцевой полевой лаборатории исследования воды и почвенных вытяжек, с набором укладкой для фотоколориметрирования «Экотест – 2020 – К» [1].
В результате исследования воды все органолептические показатели (цветность, прозрачность, запах, вкус) в 2013 и в 2015 году соответствуют санитарно-гигиеническим нормам.
Веществами, которые могут загрязнять подземные воды, являются соединения азота, нефтепродукты, сульфаты и хлориды, тяжелые металлы, фенолы. Их источниками являются накопители отходов и сточных вод, крупные полигоны ТБО, нефтепромыслы и нефтебазы, промышленные площадки и т.д. Участки загрязнения грунтовых вод могут быть связаны с предприятиями химической, энергетической, нефтехимической, нефтедобывающей, машиностроительной промышленности и сельского хозяйства.
В результате химического анализа в исследованиях в 2013 и в 2015 наблюдаются изменения по содержанию нитратов и жесткости воды.
Вода поверхностных источников, как правило, относительно мягкая (3-6 °Ж) и зависит от географического положения – чем южнее, тем жесткость воды выше. По нормам СанПиН 2.1.4.1175-02 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 °Ж, в отдельных случаях до 10,0°Ж. По результатам исследования в 2013 году вода из деревни Солманское относится к жёсткой (11оЖ), из остальных источников – к средней жёсткости. В 2015 году все пробы относятся к средней жёсткости. Жесткость воды в колодцах имеет значения в деревне Шулма – 5оЖ, в Панфилке – 6оЖ, в Солманском – 8оЖ. Жесткость воды в колодце зависит от времени года, глубины колодца и состава почвы. Наибольшая концентрация солей жесткости наблюдается летом, наименьшая – в период дождей, и таяния атмосферных осадков. Чем глубже колодец, больше слоев, через которые проходила вода, в глубинной воде нет органики и солевой состав постоянен, примесей железа, солей кальция и магния достаточно. Повышенная жесткость в колодце из д. Солманское, возможна, связана с тем что, в колодец попадает грязная вода с верхних водоносных горизонтов, вода в колодце находится на глубине 4 метра в отличии от воды в деревнях Шулма и Панфилка.
Азотсодержащие вещества почти всегда присутствуют во всех водах. Не исключение и подземные источники. Нитраты (NO3-) и аммонийные соли (NH4+) свидетельствуют о наличии в воде органических веществ животного происхождения. Аммиак является показателем свежего фекального загрязнения и продуктом распада белков. В природе ионы аммония окисляются до нитратов и нитритов. Показателем более давнего органического фекального загрязнения воды являются нитраты. Стоки с сельскохозяйственных угодий также могут способствовать повышенному содержанию нитратов в воде. По нормам СанПиН 2.1.4.1175-02 ПДК в воде аммония составляет 2,6 мг/л; нитратов – 45,0 мг/л. В 2013 году зафиксировано превышение ПДК по нитратам во всех источниках (от 45 мг/л до 90 мг/л). Вблизи всех колодцев располагаются дачные участки, стоки с которых могут вызвать превышение нитратов. Содержание нитратов в воде в 2015 году из деревень Панфилка и Солманское составляет 35 мг/л, а из Шулмы – 30 мг/л. Содержание аммония было обнаружено только в 2013 году в одной пробе – это вода из деревни Солманского 0,4 мг/л, что в пределах нормы. В остальных источниках аммоний не обнаружен.
Водородный показатель для питьевой воды допускается рН 6.0-9.0 ед. В наших исследованиях в 2013 и в 2015 году все пробы соответствовали стандарту, рН исследуемой воды из деревни Шулма 7 ед., из д. Панфилка от 6,5 ед. до 7 ед., из д. Солманское от 6,25 ед. до 6,5 ед.
Содержание в воде общего железа зависит главным образом от рН и содержания кислорода в воде. Большая концентрация железа в кислых и бескислородных подземных водах. По нормам СанПиН 2.1.4.1175-02 содержание железа общего допускается не более 0,3 мг/л. Содержание общего железа в воде из д. Шулма от 0,05 мг/л до 0,1 мг/л, в воде из деревень Панфилка и Солманское от 0 мг/л до 0,05 мг/л. В исследуемых источниках нейтральная среда и содержится допустимое количество растворённого кислорода, это объясняет отсутствие и минимальное присутствие общего железа в воде в 2013 и в 2015 году.
Растворённый в воде кислород, с помощью бактерий, обеспечивает аэробное окисление органических веществ. В процессе биохимического разложения органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации растворённого кислорода. По нормам СанПиН ПДК растворённого кислорода составляет 4,0 мг/л. Как правило, в подземных водах растворённый кислород отсутствует. Однако его содержание в значительных количествах не ухудшает качества воды, но благоприятствует коррозии металлов. В наших исследованиях в 2013 году содержание растворённого кислорода не значительно выше нормы, в 2015 году – меньше нормы предельно допустимой концентрации. В воде из д. Шулма количество растворенного кислорода от 1,6 мг/л до 4,5 мг/л, из д. Панфилка от 2,0 мг/л до 4,5 мг/л, из д. Солманское от 2,0 мг/л до 5,5 мг/л.
Хлорид – ионы присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие обусловлено вымыванием хлорида натрия (поваренной соли) из горных пород. Для подземных источников ПДК хлоридов в воде питьевого качества – 350 мг/л. В исследуемой воде содержание хлоридов в оба года не значительное (в пробе из д. Шулма от 28,4 мг/л до 44 мг/л, из д. Панфилка от 35,5 мг/л до 67 мг/л, из д. Солманское от 39,05 мг/л до 88,75 мг/л).
Сульфаты попадают в подземные воды путём растворения гипса, который располагается в пластах. ПДК сульфатов в воде питьевого качества – 500 мг/л. Содержание сульфатов в воде не выявлено.
Присутствие в воде фосфатов обусловлено загрязнением промышленными стоками или стоками с сельскохозяйственных полей. ПДК в питьевой воде соединений фосфора составляет 3,5 мг/л. В природных водах фосфор может находиться в разном состоянии. В растворённом состоянии он находится в виде ортофосфорной кислоты (Н3РО4). В наших исследованиях содержание ортофосфатов минимально, 0,1 мг/л в воде из деревни Шулма и из деревни Солманское.
По мимо общей жёсткости, существует карбонатная или временная жёсткость воды. Она определяется наличием в воде гидрокарбоната кальция, который при действии высоких температур разлагается на практически не растворимый карбонат и углекислый газ. Поэтому её называют временной жёсткостью. ПДК в питьевой воде карбонатов 100 мг/л, гидрокарбонатов 30 – 400 мг/л, а карбонатной жёсткости 350 мг/л. В наших исследованиях в 2013 и в 2015 году наблюдается превышение ПДК гидрокарбонатов и карбонатной жёсткости в воде из деревни Солманское. В воде из деревень Панфилка и Шулма установлено превышение норм по карбонатной жёсткости в 2015 году. Высокое содержание гидрокарбонатов указывает на жёсткость воды, которая не совсем приятна на вкус, значительно сушит кожу, а так же негативно сказывается на бытовой технике, образуя трудно удаляемый налёт (на электрических чайниках). Химический состав колодезной воды из деревень, обусловлен составом почв в районе исследования. Почвы Череповецкого района представлены типичными модификациями подзолистых дерновых почв. Наряду с подзолистыми, встречаются дерново-подзолистые, а на северо-востоке и дерново-карбонатные почвы. Наиболее значительные площади заняты различными видами болотных почв.
В результате микробиологических посевов проб воды на МПА во всех пробах наросли идентичные колонии, культуральные признаки которых: размер средний; форма неправильная; полупрозрачная; цвет белый; поверхность гладкая; профиль плоский; край волнистый; структура однородная; консистенция пленчатая. Наблюдался как сплошной рост колоний, так и точечный.
В исследуемых пробах наблюдается колебание КОЕ/мл по сезонам года, что связано с погодными условиями. В летние месяцы наблюдается повышение КОЕ, а в зимние понижение. Летом и осенью в 2014 года была высокая температура воздуха (+24оС), чем лето 2015 года (+18оС), это отразилось и на численности микроорганизмов. В 2015 максимальная численность микроорганизмов в пробе из деревни Панфилка наблюдается в августе. В воде из деревни Шулма в июле 2015 года, этот месяц был наиболее теплым и дождливым, так вода в колодцах может обогащаться органикой и соответственно микроорганизмами при вымывании их из почвы. Вода из деревни Солманское наиболее населена микроорганизмами в апреле того же 2015 года, это обусловлено обильным таянием снегов и ливневыми дождями, а так же сентябре и ноябре 2014 г. Для большинства проб из деревень Шулма и Солманское наблюдается превышение КОЕ/мл по санитарно-гигиеническим нормативам выше допустимой нормы для питьевой воды (не более 100) (рис. 1).
Рис. 1. КОЕ/мл воды из колодцев деревень Шулма, Солманское, Панфилка Череповецкого района Вологодской области за период 2014-2015 гг.
Все пробы относятся к олигосапробной зоне. Для которой характерно наличие в 1 мл воды десятков или сотен микробных клеток. В ней преобладают процессы окисления нитратов и солей двухвалентного железа, БГКП, как правило, отсутствуют [2].
Окраска микроорганизмов по Граму в пробах исследуемой воды показала наличие кокков и палочек, как грамположительных, так и грамотрицательных. В тех пробах где наблюдались грамотрицательные микроорганизмы, производили пересев на среду Эндо, для определения БГКП (E.coli). При пересеве колоний на среду Эндо наросли колонии тёмно-красного цвета, без металлического блеска, что подтверждает наличие БГКП.
Для установления соответствия исследуемой воды санитарно-гигиенические нормы используют такой показатель, как коли-индекс устанавливали бродильным методом, исследуемую воду засевают в пробирки со средой Кейслера с поплавками или комочками ваты для выявления газообразования. Коли-индекс показывает число бактерий кишечной палочки в 1 л воды. Предельно допустимые величины для питьевой воды составляют: коли-индекс не более 3 бактерий в 1 л. В воде может содержаться не более 3 кишечных палочек в 1 л [5]. В наших исследованиях наибольшее превышение значения коли-индекса по санитарно-гигиеническим нормам, наблюдается в пробах воды из д. Солманское (рис. 2). Летом 2014 года данный колодец был закрыт санитарно-эпидемиологической службой города на дезинфекцию.
Наименьшее значение коли-индекса во всех пробах наблюдалось в зимнее время. Вероятнее всего это связано с погодными условиями (понижение температуры воздуха и воды).
Рис. 2. Коли-индекс воды из колодцев деревень Шулма, Солманское, Панфилка Череповецкого района Вологодской области за период 2014-2015 гг.
Наличие в пробах большой обсемененности и бактерий группы кишечной палочки говорит о возможной опасности возникновения острых кишечных инфекций, дизентерии, брюшного тифа, холеры и др. Поэтому воду из исследуемых источников перед употреблением необходимо кипятить или использовать различные фильтры для очистки воды от различных микроорганизмов.
Проведенные микробиологические и гидрохимические исследования колодезной воды Череповецкого района Вологодской области позволяют сделать следующие выводы:
По результатам органолептического анализа не было выявлено отклонений по ПДК. По химическим показателям установлено превышение ПДК по количеству растворённого кислорода, нитратам, гидрокарбонатам и карбонатной жёсткости.
Микрофлора представлена кокками и палочками, как грамположительными, так и грамотрицательными, в пробах обнаружены БГКП.
В большинстве проб выявлены бактерии группы кишечной палочки. Наименьшее значение коли – индекса во всех пробах наблюдалось в январе. Превышение значений коли-индекса зафиксировано в воде из д. Солманское.
Все пробы относятся к олигосапробной зоне. В летний период общее микробное число воды из всех источников не соответствуют санитарно-гигиеническим нормативам качества.
Микробиологический анализ показал превышение санитарно-гигиенических нормативов качества колодезной воды в летний период во всех колодцах. По гидрохимическому анализу не было выявлено нарушений. В бактериальном отношении опасной для здоровья человека является вода из д. Солманское.