Экотоксикологическая оценка качества питьевой воды города Грозного и расчет экологических рисков населения

Ранее нами было проведено исследование микроэлементного состава вод в местах водозабора г. Грозного до и после водоподготовки методом масс-спектрометрии [4]. Выявлено качественное и количественное содержание в пробах воды изотопов химических элементов, в том числе и ТМ. Проведенный анализ показал, что все анализируемые воды имеют в своем составе достаточно весомое количество таких «элементов жесткости» как кальций и магний, причем соотношение этих элементов очень благоприятное для питьевых целей. Отмечено присутствие в достаточном количестве биогенных элементов, необходимых макроорганизму в составе жизненно важных ферментов и участвующих в обменных процессах (К, Р, Fe, Cu и др.). Установлена специфика загрязнения питьевых вод г. Грозного комплексом солей металлов, представленного преимущественно солями никеля, цинка и лития, в сочетании с галогенами.

Доказано, что традиционная обработка воды в процессе водоподготовки практически не влияет на ее минеральный состав, но значительно увеличивает содержание хлоридов в специфическом комплексе солей металлов. Это, в свою очередь, может влиять на состояние жизненно важных систем и органов человека и животных. Методами биотестирования на гидробионтах ( Daphnia magna Straus) была доказана хроническая токсичность воды до и после водоподготовки [3].

Цель работы: проведение экотоксиколо-гической оценки качества питьевой воды г. Грозного и расчет экологических рисков населения.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования выполнены на базе НИЦКП «Нанотехнологии и наноматериалы» ГГНТУ имени академика М.Д. Миллионщикова и испытательной аккредитованной лаборатории «ЭкоОС» СГТУ имени Гагарина Ю.А. В качестве объекта исследований использовали воду из разных источников питьевого водоснабжения г. Грозного: Гойты, Сунженский и Чернореченский до и после водоподготовки. Исследовали также дистиллированную и артезианскую воду в качестве контроля. В экспериментальных исследованиях использовали пробы воды с добавлением комплекса солей металлов (КСМ) – химически чистых веществ: сульфатов и хлоридов лития, никеля, цинка и их комбинации. Комплексные экотоксиколо-гические исследования проводили в соответствии с методическими указаниями МУ 2.1.5.72098 [5].

Для изучения характера токсического действия воды на организм животных был проведен 60-дневный санитарно-токсикологический эксперимент. Исследования проводили на белых крысах, разделенных на 7 групп по 8 животных в каждой: 1-я группа контрольная (крысы получали артезианскую воду); 2-я, 3-я и 4-я опытные группы (крысы получали воду из разных водозаборов г. Грозного); 5-я, 6-я и 7-я опытные группы (крысы получали воду из тех же водозаборов, но после водоподготовки). Изучаемые пробы воды вводили перорально с помощью металлического зонда. Объем жидкости определялся массой животных и не превышал 5 мл.

Оценку состояния здоровья животных производили с использованием тестов, интегрально отражающих функциональное состояние организма: поведение, общее состояние животных, динамика массы тела, содержание витамина С во внутренних органах, суммационно-пороговый показатель (СПП), коэффициенты массы внутренних органов. Определяли также следующие показатели крови: количество эритроцитов, уровня Hb; активности ферментов холинэстеразы каталазы по методу Баха и Зубковой [6], белково-образующей функции печени [5]. Показатели регистрировали на 15, 35, 45 и 60 дни опыта; осуществлялся двойной контроль: данные сопоставляли с показателями фона и контрольной группы. Отдаленные и специфические эффекты действия (гонадо-, эмбриотоксический, мутагенный) солей ТМ и воды, содержащей комплекс этих солей, изучали в соответствии с методическими указаниями [6-8], а также с рекомендациями И.В. Саноцкого, В.Н. Фоменко [9], А.А. Динермана [10]. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по общепринятым методикам [11]. Расчёт результатов осуществляли с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0, Microsoft Еxcel 2003 (for Windows XP).

Полученные результаты и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что специфический комплекс солей ТМ и лития, содержащихся в питьевой воде из разных водозаборов г. Грозного, оказывает токсическое влияние на экспериментальных белых крыс: угнетает динамику массы тела, активность ферментных систем, белковый обмен, деятельность сердечнососудистой системы, снижает содержание витамина С в организме экспериментальных животных (рис. 1).

Рис. 1. Содержание витамина С в надпочечниках экспериментальных животных

Установлены отдаленные биологические эффекты действия комплекса солей ТМ и лития, содержащихся в питьевой воде: гонадо-, эмбрио-токсический и мутагенный. Анализ эмбрионального материала показал увеличение общей смертности плодов за счет гибели в пред– и постимплантационный периоды у животных, получавших воду с СТМ на 28-33% по сравнению с контролем. Отмечены были также анатомические изменения: меньшие размеры и масса тела, увеличение подкожных геморрагий, единичные случаи уродств. Анализ хромосомных аберраций на стадии метафазы в клетках костного мозга крыс, которые ежедневно в течение 2 месяцев получали воду с комплексом солей ТМ и лития, показал повреждения хромосом, представленные в основном аберрациями хроматидного типа с преимущественной локализацией разрывов в терминальных участках.

Был произведен расчет экологических рисков населения г. Грозного, обусловленных употреблением питьевой воды, содержащей комплекс солей ТМ. С помощью компьютерной программы «Чистая вода», разработанной научнопроизводственным объединением «ПОТОК» г. Санкт-Петербург, была выполнена оценка соответствия питьевой воды по контролируемым показателям и произведена оценка риска нарушения функционирования органов и систем человека при употреблении воды, прошедшей водоподготовку. Результаты расчета показали определенное уменьшение риска неблагоприятных органолептических эффектов при потреблении питьевой воды, как немедленного действия, так и хронической интоксикации относительно природной воды в районах водозабора. Значимую часть в данную величину, наряду с такими показателями для водозабора, как фенолы, нефтепродукты и железо, вносят СТМ; для питьевой воды – железо и СТМ. С другой стороны, после процесса водоподготовки отмечено увеличение риска канцерогенных эффектов, основной вклад в который вносят хлориды ТМ и лития.

Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Грозного питьевой воды, приводит к ухудшению его здоровья и, как следствие, сокращению продолжительности жизни (табл. 1). Установлено, что наибольшее сокращение продолжительности жизни определяется факторами, формирующими канцерогенные эффекты, величина которых определяется содержанием хлоридов лития, цинка и никеля. Полученные величины рисков попадают в область недопустимого риска (10~2... 10"4) и определяют необходимость проведения мероприятий, связанных с совершенствованием системы водоподготовки независимо от масштабов финансовых расходов.

Таблица 1. Продолжительность жизни и экологические риски здоровья населения г. Грозного

В экологической практике применяется экономическая оценка воздействия окружающей среды на здоровье населения, которая складывается из стоимости жизни и суммы плат на восстановление здоровья. Нами был рассчитан ущерб (У) здоровью населения г. Грозного от потребления питьевой воды, прошедшей традиционную подготовку, по статистической стоимости жизни (см. табл. 1). Показано, что современное состояние потребляемой населением г. Грозного питьевой воды приводит к ухудшению его здоровья и, как следствие, сокращению продолжительности жизни (мужчины – на 6,7 лет, женщины – 8 лет). Величина риска здоровья населения г. Грозного от употребления питьевой воды, весомый вклад в которую вносит комплекс солей ТМ, попадает в «область недопустимого риска» (10-2 …10-4).

Выводы: проведенные исследования показали, что комплекс солей ТМ и лития, содержащихся в питьевой воде из разных водозаборов г. Грозного, особенно образующихся в процессе хлорирования воды, небезразлично для организма экспериментальных животных, оказывает хроническое токсическое влияние на функционирование ряда жизненно важных систем, а также вызывает отдаленные биологические эффекты действия: гонадо-, эмбриотоксический и мутагенный. Величина риска здоровья населения г.Грозного от употребления питьевой воды, весомый вклад в которую вносит комплекс солей ТМ, попадает в «область недопустимого риска» (10-2 …10-4).