medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-3-221-228medlit-2986Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEАнализ качества подземных вод Свердловской областиAnalysis of the quality of groundwater in the Sverdlovsk regionhttps://orcid.org/0000-0002-6656-3805ХаринаГалина ВалерьяновнаKharinaGalina V.

Доцент кафедры математических и естественнонаучных дисциплин ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 620143, Екатеринбург.

e-mail: gvkharina32@yandex.ru

Associate professor of the Department of Mathematical and Natural Sciences, Russian State Professional Pedagogical University, Yekaterinburg, 620143, Russian Federation.

e-mail: gvkharina32@yandex.ru

gvkharina32@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7267-1626АлёшинаЛюдмила В.AlyoshinaLudmila V.noemail@neicon.ruФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет»РоссияRussian State Professional Pedagogical UniversityRussian FederationФГБОУ ВО «Уральский государственный экономический университет»РоссияUral State University of EconomicsRussian Federation2023240420231023221228Copyright © Харина Г.В., Алёшина Л.В., 20232023Харина Г.В., Алёшина Л.В.Kharina G.V., Alyoshina L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/2986Введение

Введение. Качество и доступность питьевой воды являются необходимыми условиями охраны здоровья и обеспечения благоприятных условий жизни человека.

Цель настоящей работы состоит в оценке качества грунтовых вод из источников нецентрализованного водоснабжения Свердловской области.

Материалы и методы

Материалы и методы. Пробы воды отбирали из различных источников подземных вод Свердловской области — родников, колодцев, скважин. 

Качество воды оценивали по следующим показателям: жёсткость, окисляемость, рН, содержание тяжёлых металлов (меди, свинца, кадмия, никеля и цинка), нитрат-ионов. Исследования проводили методами титриметрии (жёсткость и окисляемость), потенциометрии (рН и содержание нитрат-ионов) и инверсионной вольтамперометрии (содержание тяжёлых металлов). Степень загрязнения грунтовых вод тяжёлыми металлами оценивалась по индексу загрязнения Cd.

Результаты

Результаты. Показатель рН в исследуемых пробах воды был в пределах допустимых значений. Жёсткость исследуемых грунтовых вод (за исключением одной пробы) соответствовала ПДК. Высокое содержание нитратов, обусловленное внесением минеральных удобрений и стоками промпредприятий, обнаружено в двух пробах, а превышение нормативных значений окисляемости вследствие проникновения в подземные воды коммунально-бытовых стоков — в трёх пробах. Выявленное сильное загрязнение ряда подземных источников свинцом, кадмием и цинком вызвано действием различных техногенных факторов.

Ограничения исследования распространяются на количество анализируемых проб, места их отбора, число показателей качества методов их определения.

Заключение

Заключение. Установлено, что грунтовые воды Свердловской области из семи источников нецентрализованного водоснабжения загрязнены нитратами, органическими веществами, тяжёлыми металлами (свинцом, цинком, кадмием) и характеризуются повышенной жёсткостью. Обнаружено многократное превышение ПДК свинца, кадмия и цинка в трёх пробах воды. Установлен антропогенный характер загрязнения воды, обусловленный преимущественно близостью автомагистралей и промышленных предприятий к источникам водозабора. Рассчитанные индексы загрязнения грунтовых вод позволили оценить уровень их загрязнения как высокий.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует представления документов, регулирующих соблюдение этических норм.

Участие авторов

Участие авторов: Харина Г.В. — концепция и дизайн исследования, написание текста; Алёшина Л.В. — сбор и обработка материала, редактирование. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 21.11.2022 / Принята к печати: 24.03.2023 / Опубликована: 20.04.2023

Introduction

Introduction. The quality and availability of drinking water is a prerequisite for the protection of health and ensuring the necessary living conditions of modern man.

The aim of this work is to assess the quality of groundwater from sources of non-centralized water supply in in the Sverdlovsk region.

Materials and methods

Materials and methods. Water samples were taken from various groundwater sources including springs, wells, boreholes in the Sverdlovsk region. Water quality was assessed by the following indicators: hardness, oxidizability, pH, content of heavy metals (copper, lead, cadmium, nickel and zinc), nitrate ions. The studies were carried out by titrimetry (hardness and oxidizability), potentiometry (pH and nitrate ion content) and inversion voltammetry (heavy metal content). The degree of contamination of these groundwater with heavy metals was estimated by the Cd pollution index.

Results

Results. The pH values in the studied water samples are within acceptable values. (except for one sample). The hardness values of the studied groundwater (with the exception of one sample) correspond to the maximum permissible concentration (MPC). A high content of nitrates due to the application of mineral fertilizers and industrial effluents was found in two samples studied. Excess of the standard values of oxidizability due to penetration of municipal wastewater into the groundwater was detected in three samples.

The revealed strong contamination of a number of underground sources with lead, cadmium and zinc is caused by the action of various technogenic factors.

Limitations

Limitations. The number of analyzed samples, the variety of sampling sites, the number of indicators of the quality of the studied water samples, and methods of their determination are limited.

Conclusion

Conclusion. Thus, the groundwater of the Sverdlovsk region from seven sources of non-centralized water supply were revealed to be contaminated with nitrates, organic pollutants, heavy metals (lead, zinc, cadmium) and characterized by increased rigidity. MPC of lead, cadmium and zinc was repeatedly found to be exceeded in three water samples. The anthropogenic nature of water pollution has been established, mainly due to the proximity of highways and industrial enterprises to water intake sources. The calculated indices of groundwater pollution allowed estimating the level of their pollution as high.

Compliance with ethical standards. The study does not require the submission of documents regulating compliance with ethical standards.

Contribution

Contribution: Kharina G.V. — the concept and design of the study, writing the text; Alyoshina L.V. — collection and processing of the material, editing. All co-authors — approval of the final version of the article, responsibility for the integrity of all parts of the article.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: November 21, 2022 / Accepted: March 24, 2023 / Published: April 20, 2023

подземные водызагрязнениетяжёлые металлынитратыжёсткостьgroundwaterpollutionheavy metalsnitrateshardnessReferencesДенисов В.В., Кулакова Е.С., Гутенев В.В., Денисова И.А. Экология города. Ростов-на-Дону: Феникс; 2015.Denisov V.V., Kulakova E.S., Gutenev V.V., Denisova I.A. Ecology of the City [Ekologiya goroda]. Rostov-na-Donu: Feniks; 2015. (in Russian)Палкин С.В., Палкин С.С., Рыбникова Л.С. К вопросу о возможности полного водообеспечения города Екатеринбурга подземными водами. Водное хозяйство России. 2011; (5): 75–88.Palkin S.V., Palkin S.S., Rybnikova L.S. On the issue of possibility of the Ekaterinburg water demand complete satisfaction with groundwater. Vodnoe khozyaystvo Rossii. 2011; (5): 75–88. (in Russian)Коньшина Л.Г. Оценка качества воды источников нецентрализованного водоснабжения Екатеринбурга и его окрестностей. Гигиена и санитария. 2016; 95(5): 413–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-5-413-416Kon’shina L.G. The assessment of the quality of water from sources of decentralized water supply of Ekaterinburg and surrounding areas. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2016; 95(5): 413–6. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2016-95-5-413-416 (in Russian)Mamiseheno R., Ramaroson V., D.Ravelomanantsoa S. Assessment of nitrate occurrence in the shallow groundwater of Merimandroso area, Analamanga region, Madagascar using multivariate analysis. Am. J. Water Res. 2018; 6(1): 39–47. https://doi.org/10.12691/ajwr-6-1-5Mamiseheno R., Ramaroson V., D.Ravelomanantsoa S. Assessment of nitrate occurrence in the shallow groundwater of Merimandroso area, Analamanga region, Madagascar using multivariate analysis. Am. J. Water Res. 2018; 6(1): 39–47. https://doi.org/10.12691/ajwr-6-1-5Backman B., Bodis D., Lahermo P., Rapant S., Tarvainen T. Application of a groundwater contamination index in Finland and Slovakia. Environ. Geology. 1997; 36: 55–64. https://doi.org/10.1007/S002540050320Backman B., Bodis D., Lahermo P., Rapant S., Tarvainen T. Application of a groundwater contamination index in Finland and Slovakia. Environ. Geology. 1997; 36: 55–64. https://doi.org/10.1007/S002540050320Коньшина Л.Г. Оценка риска здоровью детей, обусловленного химическим составом питьевой воды источников нецентрализованного водоснабжения Екатеринбурга. Гигиена и санитария. 2019; 98(9): 997–1003. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-9-997-1003Kon’shina L.G. Risk assessment of children’s health due to the chemical composition of drinking water sources of the non-centralized water supply of the city of Ekaterinburg. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2019; 98(9): 997–1003. https://doi.org/10.18821/0016-9900-2019-98-9-997-1003 (in Russian)Коньшина Л.Г., Лежнин В.Л. Оценка качества питьевой воды и риска для здоровья населения. Гигиена и санитария. 2014; 93(3): 5–10.Kon’shina L.G., Lezhnin V.L. Assessment of the quality of drinking water in the industrial city and risk for public health. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2014; 93(3): 5–10. (in Russian)Семенищев В.С., Титова С.М., Воронина А.В. Определение качества воды в родниках Екатеринбурга и Свердловской области. Водное хозяйство России. 2020; (5): 126–38. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2020-5-8Semenishchev V.S., Titova S.M., Voronina A.V. Determination of water quality in springs of Ekaterinburg and Sverdlovsk oblast. Vodnoe khozyaystvo Rossii. 2020; (5): 126–38. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2020-5-8 (in Russian)СанПин 1.2.3685–21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. М.; 2021.SanPiN 1.2.3685–21. Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness of environmental factors for humans. Moscow; 2021. (in Russian)Липунов И.Н., Первова И.Г., Санакоев В.Н. Водоподготовка подземных вод для создания систем автономного питьевого водоснабжения. Водное хозяйство России. 2016; (2): 98–108.Lipunov I.N., Pervova I.G., Sanakoev V.N. Groundwater treatment for establishment of autonomous drinking water supply systems. Vodnoe khozyaystvo Rossii. 2016; (2): 98–108. (in Russian)Региональные особенности состояния санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Свердловской области в 2021 году (по материалам Государственного доклада «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Свердловской области в 2021 году»). Екатеринбург; 2022.Regional features of the state of sanitary and epidemiological welfare of the population in the Sverdlovsk region in 2021 (based on the materials of the State Report «On the state of sanitary and epidemiological welfare of the population in the Sverdlovsk region in 2021»). Ekaterinburg; 2022. (in Russian)Харина Г.В., Алёшина Л.В., Анахов С.В., Инжеватова О.В. Мониторинг качества питьевой воды в свердловской области России. Вода и экология: проблемы и решения. 2020; (1): 63–73. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2020.25.1.63-73Kharina G.V., Aleshina L.V., Anakhov S.V., Inzhevatova O.V. Monitoring drinking water quality in the Sverdlovsk region of Russia. Voda i ekologiya: problemy i resheniya. 2020; (1): 63–73. https://doi.org/10.23968/2305-3488.2020.25.1.63-73 (in Russian)Харина Г.В., Алёшина Л.В. Оценка загрязнения питьевой воды Свердловской области тяжёлыми металлами. Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2020; (1): 124–34. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2020-1-8Kharina G.V., Aleshina L.V. Assessment of the sverdlovsk oblast drinking water pollution with heavy metals. Vodnoe khozyaystvo Rossii: problemy, tekhnologii, upravlenie. 2020; (1): 124–34. https://doi.org/10.35567/1999-4508-2020-1-8 (in Russian)Biswas P.K., Uddin N., Alam S., Sultana S., Ahmed T. Evaluation of heavy metal pollution indices in irrigation and drinking water systems of Barapukuria coal mine Area, Bangladesh. Am. J. Water Res. 2017; 5(5): 146–51. https://doi.org/10.12691/AJWR-5-5-2Biswas P.K., Uddin N., Alam S., Sultana S., Ahmed T. Evaluation of heavy metal pollution indices in irrigation and drinking water systems of Barapukuria coal mine Area, Bangladesh. Am. J. Water Res. 2017; 5(5): 146–51. https://doi.org/10.12691/AJWR-5-5-2Государственная геологическая карта Российской Федерации. Издание второе. Серия Среднеуральская. Лист О-41-XXV. Объяснительная записка; 2017.State Geological Map of the Russian Federation. Second edition. The Sredneuralskaya series. Sheet O-41-XXV. Explanatory Note; 2017. (in Russian)Гафуров Ф.Г. Почвы Свердловской области. Екатеринбург; 2008.Gafurov F.G. Soils of the Sverdlovsk Region [Pochvy Sverdlovskoy oblasti]. Ekaterinburg; 2008. (in Russian)Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: ЦентЛитНефтеГаз; 2012.Kraynov S.R., Ryzhenko B.N., Shvets V.M. Geochemistry of Groundwater. Theoretical, Applied and Environmental Aspects [Geokhimiya podzemnykh vod. Teoreticheskie, prikladnye i ekologicheskie aspekty]. Moscow: Centrlitneftegaz; 2012. (in Russian)Информационный бюллетень о состоянии недр Уральского федерального округа Российской Федерации за 2017 год; 2018.Newsletter on the state of the subsoil of the Ural Federal District of the Russian Federation for 2017; 2018. (in Russian)Горяев Д.В., Тихонова И.В., Торотенкова Н.Н. Гигиеническая оценка качества питьевой воды и риски для здоровья населения Красноярского края. В кн.: Актуальные проблемы безопасности и анализа риска здоровью населения при воздействии факторов среды обитания. Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции. Пермь; 2016: 35–43.Goryaev D.V., Tikhonova I.V., Torotenkova N.N. Hygienic assessment of drinking water quality and risks to the health of the population of the Krasnoyarsk Territory. In: Actual Problems of Safety and Analysis of Public Health Risk Under the Influence of Environmental Factors. Materials of the VII All-Russian Scientific and Practical Conference [Aktual’nye problemy bezopasnosti i analiza riska zdorov’yu naseleniya pri vozdeystvii faktorov sredy obitaniya. Materialy VII Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii]. Perm’; 2016: 35–43. (in Russian)Nzeket A.B., Moyo K.B., Aboubakar A., Youdom Y.A.S., Moussima Y.D.A., Zing Z.B., et al. Assessment of physicochemical and heavy metal properties of groundwater in Edéa (Cameroon). Am. J. Water Res. 2019; 7(1): 1–10. https://doi.org/10.12691/ajwr-7-1-1Nzeket A.B., Moyo K.B., Aboubakar A., Youdom Y.A.S., Moussima Y.D.A., Zing Z.B., et al. Assessment of physicochemical and heavy metal properties of groundwater in Edéa (Cameroon). Am. J. Water Res. 2019; 7(1): 1–10. https://doi.org/10.12691/ajwr-7-1-1Пасечник Е.Ю., Льготин В.А., Савичев О.Г., Чилингер Л.Н., Хващевская А.А., Чжоу Д. Химический состав родников как индикатор природно-техногенной эволюции городской экосистемы (на примере города Томска, Юго-Восток Западной Сибири). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022; (7): 195–206. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/7/3534Pasechnik E.Yu., L’gotin V.A., Savichev O.G., Chilinger L.N., Khvashchevskaya A.A., Zhou Dan. Chemical composition of springs as an indicator of natural-technogenic evolution of the urban ecosystem (on the example of Tomsk city, south-east of western Siberia). Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2022; (7): 195–206. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/7/3534 (in Russian)Бабкина С.С., Горюнова А.Г., Гатаулина А.Р., Улахович Н.А. Определение и прогнозирование содержания в природной воде ионов тяжёлых металлов. Ученые записки Казанского университета. 2013; 155(1): 87–94.Babkina S.S., Goryunova A.G., Gataulina A.R., Ulakhovich N.A. Determination and prediction of the content of heavy metal ions in natural water. Uchenye zapiski Kazanskogo universiteta. 2013; 155(1): 87–94. (in Russian)Singh U.K., Ramanathan A.L., Subramanian V. Groundwater chemistry and human health risk assessment in the mining region of East Singhbhum, Jharkhand, India. Chemosphere. 2018; 204: 501–13. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.04.060Singh U.K., Ramanathan A.L., Subramanian V. Groundwater chemistry and human health risk assessment in the mining region of East Singhbhum, Jharkhand, India. Chemosphere. 2018; 204: 501–13. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.04.060Adamu I.H., Mubarak A., Muhammed G.H., Mohammed A.I., Hassan H. Physico-chemical assessment of water quality in the Gidan Gulbi shallow floodplain aquifer, Northwestern Nigeria. Am. J. Water Res. 2020; 8(4): 155–63. https://doi.org/10.12691/ajwr-8-4-1Adamu I.H., Mubarak A., Muhammed G.H., Mohammed A.I., Hassan H. Physico-chemical assessment of water quality in the Gidan Gulbi shallow floodplain aquifer, Northwestern Nigeria. Am. J. Water Res. 2020; 8(4): 155–63. https://doi.org/10.12691/ajwr-8-4-1Al-Aizari H., Achaoucha A., Fadlib M., Al-Kadsec F. Analytical groundwater contamination by heavy metal. App. J. Environ. Eng. Sci. 2018; 4(3): 299–308. https://doi.org/10.48422/IMIST.PRSM/ajees-v4i3.11254Al-Aizari H., Achaoucha A., Fadlib M., Al-Kadsec F. Analytical groundwater contamination by heavy metal. App. J. Environ. Eng. Sci. 2018; 4(3): 299–308. https://doi.org/10.48422/IMIST.PRSM/ajees-v4i3.11254Боев В.М., Кряжев Д.А., Тулина Л.М., Неплохов А.А. Оценка канцерогенного риска для здоровья населения моногородов и сельских поселений. Анализ риска здоровью. 2017; (2): 57–63. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.2.06Boev V.M., Kryazhev D.A., Tulina L.M., Neplokhov A.A. Assessment of carcinogenic health risk for population living in monocities and rural settlements. Analiz riska zdorov’yu. 2017; (2): 54–60. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.2.06.eng (in Russian)Imbulana S., Oguma K. Groundwater as a potential cause of Chronic Kidney Disease of unknown etiology (CKDu) in Sri Lanka: a review. J. Water Health. 2021; 19(3): 393–410. http//doi.org/10.2166/wh.2021.079Imbulana S., Oguma K. Groundwater as a potential cause of Chronic Kidney Disease of unknown etiology (CKDu) in Sri Lanka: a review. J. Water Health. 2021; 19(3): 393–410. http//doi.org/10.2166/wh.2021.079Patel S.V., Khatri N., Chavda P., Jha A.K. Potential health concerns due to elevated nitrate concentrations in groundwater of villages of Vadodara and Chhota Udaipur districts of Gujarat, India. J. Water Health. 2022; 20(1): 227–45. https://doi.org/10.2166/wh.2021.160Patel S.V., Khatri N., Chavda P., Jha A.K. Potential health concerns due to elevated nitrate concentrations in groundwater of villages of Vadodara and Chhota Udaipur districts of Gujarat, India. J. Water Health. 2022; 20(1): 227–45. https://doi.org/10.2166/wh.2021.160Wasana H., Perera G., Gunawardena P., Fernando P., Bandara J. WHO water quality standards vs synergic effect(s) of fluoride, heavy metals and hardness in drinking water on kidney tissues. Sci. Rep. 2017; 7(1): 1–6. https://doi.org/10.1038/srep42516Wasana H., Perera G., Gunawardena P., Fernando P., Bandara J. WHO water quality standards vs synergic effect(s) of fluoride, heavy metals and hardness in drinking water on kidney tissues. Sci. Rep. 2017; 7(1): 1–6. https://doi.org/10.1038/srep42516Харина Г.В., Алешина Л.В. Аккумуляция тяжёлых металлов в почвах Свердловской области. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022; 333(2): 173–83. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/2/3330Kharina G.V., Aleshina L.V. Accumulation of heavy metals in the soils of the Sverdlovsk region. Inzhiniring georesursov. 2022; 333(2): 173–83. https://doi.org/10.18799/24131830/2022/2/3330 (in Russian)Ravisankar T., Rao Ptsrk P. Trace Analysis of Heavy Metals in Ground Waters of Vijayawada Industrial Area. Int. J. Environ. Sci. Education. 2016; 11(10): 3215–29.Ravisankar T., Rao Ptsrk P. Trace Analysis of Heavy Metals in Ground Waters of Vijayawada Industrial Area. Int. J. Environ. Sci. Education. 2016; 11(10): 3215–29.Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. М.: Недра; 1996.Shvartsev S.L. General Hydrogeology [Obshchaya gidrogeologiya]. Moscow: Nedra; 1996.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.