Малые реки Саратовской области как объект водопользования: мониторинг экологического состояния, комплексная оценка и повышение качества воды

Влияние малых рек на окружающие территории огромно. Они дренируют местность, определяют смыв почв, содержат запас питьевой воды, используемый жителями многих населенных пунктов. Человек постоянно использует воду для технических и бытовых нужд. Состав естественных вод весьма разнообразен, меняется в широких пределах, зависит от климата и времени года. Химическим составом вод и их органолептическими показателями определяется их безопасность для региона и его населения. Являясь в некоторых случаях единственным источником водоснабжения, поверхностный водоем с некачественной водой значительно влияет на качество жизни населения [1–4].

В результате комплексного мониторинга было изучено 33 малых реки Хвалынского, Ново-бурасского, Татищевского, Вольского, Балаковского, Марксовского, Энгельсского, Саратовского и Воскресенского районов Саратовской области. В ходе исследования решались следующие задачи: отбор проб воды и изучение содержания в ней основных анионов и катионов, органолептических показателей (по 6 параметрам); изучение химического состава, а также временной динамики воды по 8 параметрам на различных участках реки. Обработка результатов проводилась по стандартным статистическим методикам с использованием программы Statistica 6.0.

Проведенное исследование, а также кластерный анализ полученных данных позволил выделить 4 группы рек (рис. 1), характеристика химического состава которых приведена в табл. 1. Данные по содержанию химических элементов сравнивали в соответствии с нормами, установленными СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» и ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственнопитьевого и культурно-бытового водопользования».

В первую группу вошли левосторонние притоки р. Волга: Большой Иргиз, Малый Кара-ман, Маянга, Вертуба, Лизель. Химические и органолептические показатели (осадок, запах, температура, прозрачность) воды этих рек в среднем одинаковы. Превышение ПДК в 2-3 раза отмечено только по концентрации аммония. Это связано с расположением вблизи рек населенных пунктов, дорог, полей, сельскохозяйственных ферм и указывает на свежее загрязнение, а также о наличии бактериального заражения.

Рис. 1. Кластерная диаграмма сходства химического состава воды некоторых малых рек Саратовской области

Таблица 1. Химический состав воды четырех групп малых рек Саратовской области (средние значения)

Окисляемость воды превышено незначительно и в среднем составляет 6,5 мг/л. Это обусловлено содержанием в воде органических веществ и служит индикатором загрязнённости рек сточными водами и начинающейся эвтрофикации водоемов. Также значительно превышена (в 6 раз) концентрация ионов аммония, что указывает на загрязненность речной воды бытовыми сточными водами и интенсивным разложением азотсодержащих органических веществ. Если аммиак в воде образуется при разложении органических остатков (фекальное загрязнение), то такая вода непригодна для питьевых нужд, а также оказывает токсическое действие на низшие водные организмы и рыб. Постоянное употребление воды содержащей избыток аммония вызывает нарушение кислотно-щелочного баланса в организме [7, 8]. Концентрация хлоридов находится в норме и составляет 110 мг/л. Органолептические показатели воды рек этой группы также неудовлетворительные: запах - в среднем 4-5 баллов (очень сильный, делающий воду совершенно непригодной); в основном запах плесневый или гнилостный. Осадок большой, глинистый или песчаный, показатели мутности и цветности значительно повышены.

К третьей группе относятся реки, стекающие с западного склона Приволжской возвышенности: Терса, Новояблонка, Елшанка. Данная группа характеризуется средней антропогенной нагрузкой. Реки этой группы отличаются повышенной цветностью, однако по остальным показателям (кроме содержания ионов аммония) находятся в пределах установленных норм. Значение показателя окисляемости приближено в границе ПДК и составляет 4,9. Данное превышение можно объяснить не только антропогенным влиянием, но и природными процессами, например, повышенным содержанием гуминовых кислот, влияющих, в том числе и на цветность.

При проведении анализа химического состава рек в верхнем и нижнем течениях выявили следующие закономерности: химический состав воды рек небольшой протяженности, таких как Лебежайка, практически не изменяется на всем протяжении реки. У крупных рек, таких как Терешка и Терса, химический состав сильно изменяется на протяжении всего течения реки от истока к устью. Наблюдается значительное увеличение концентраций ионов аммония, аммиака, хлоридов, нитритов, а так же увеличение общей жесткости и окисляемости воды. У рек со средней протяженностью, например Новояблонка, наблюдаются различия лишь по некоторым химическим показателям, например, по концентрации хлоридов и общей жесткости. При этом различия между химическим составом воды у истоков и устья небольших рек и рек средней протяженности незначительные.

В связи с подтвержденным низким качеством поверхностных водоемов, снабжающих водой большое количество малых населенных пунктов, встает вопрос о необходимости качественной водоподготовки в небольших масштабах, а также в условиях финансовой ограниченности. В Саратовской области проблема качественного водообеспечения решается за счет применения станций локальной водоподготовки производства ООО НПП «ЛИССКОН» [10]. Сотрудниками данного предприятия разработана серия установок очистки воды «Лисскон», которые используются для очистки и обеззараживания питьевой воды, как отдельных населенных пунктов, так и объектов социальной сферы: детских дошкольных учреждений, школ, интернатов, больниц, детских оздоровительных лагерей т.д. Акцент работы данного предприятия сделан на обеспечение питьевой водой улучшенного качества объектов социальной сферы именно сельских поселений [11]. В настоящее время Саратовской области эксплуатируются более 600 установок «Лисскон-101» различной модификации и конструктивного оформления. При этом каждая станция была спроектирована и изготовлена с учетом характеристик воды конкретного водоема (физических, химических и бактериологических) и объема потребления. Значительная часть водоочистных сооружений использует воду поверхностных водоемов, в том числе прудов-накопителей. Станции серии «ЛИССКОН-101» по цене сопоставимы с аналогичными изделиями отечественных производителей и в 2-4 раза дешевле импортного оборудования.

Хотя конструкторские особенности станций меняются в зависимости от исходных параметров воды, однако принцип работы станций остается общим. Перед подачей воды в исходные накопительные емкости-отстойники проходит грубая фильтрация от механических примесей и обеззараживание; затем вода подается на фильтры осветления, обезжелезивания или умягчения с разработанными наноструктурированными сорбентами, где происходит удаление механических примесей, солей жесткости, железа, снижение цветности и мутности, бактериального заражения и т.д. Основная очистка воды происходит на мембранных модулях (из наноструктуриро-ванных сорбентов), позволяющих удалять на молекулярном уровне растворенные загрязнители химического и микробиологического происхождения [12, 13]. Периодическая регенерация мембранного модуля обратным током очищенной воды и дезинфицирующими растворами позволяет эксплуатировать такой фильтр 5-7 лет без снижения его исходных характеристик. После комплексной очистки вода поступает в накопительные емкости чистой воды и при подаче в контур питьевого водоснабжения проходит дополнительную обработку на угольном фильтре и УФ стерилизаторе.

Исследование работы установок «Лисскон-101» на протяжении последних десяти лет показало достаточно высокую эффективность их работы с различным уровнем загрязнения как органическими, так и минеральными соединениями [14]. По данным исследований в аккредитованной лаборатории гигиены воды Саратовского НИИ сельской гигиены Роспотребнадзора полученная на станциях вода полностью соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды. Санитарно-гигиенический мониторинг работы станций в течение года показал их высокую эффективность в отношении как органолептических, так и санитарно-химических показателей независимо от сезона года. После прохождения очистки запах снижается до нуля, привкус – до 1-го балла. Процент снижения цветности и мутности в среднем составляет 87 и 75 соответственно. Более чем на 80 % снижается минерализация, содержание железа и перманганатная окисляемость. Происходит полное обеззараживание воды. Значительно снижается количество сложных органических загрязнителей, ПАВ и тяжелых металлов. Результаты исследований качества исходной и очищенной воды на установке серии «Лисскон» в с. Солянка приведена в табл. 2. Станции очистки, обеззараживания и опреснения воды «Лисскон-101-5» применяются для водообеспечения объектов сельских поселений преимущественно для левобережных районов Саратовской области. Для правобережных районов Саратовской области применяются станции очистки, обеззараживания, обезжелезивания и умягчения «Лисскон-101-10» и «Лисскон-101-15» (рис. 2).

Таблица 2. Эффективность фильтрации проб воды

Рис. 2. Станция очистки воды «Лисскон 101-15» в п. Восход Балашовского района Саратовской области

Выводы: проведенные исследования показали необходимость применения перспективных технологий водоподготовки для снижения рисков воздействия факторов среды на здоровье населения.