medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2024-103-10-1127-1132iyetygmedlit-4410Research ArticleГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫENVIRONMENTAL HYGIENEСовершенствование экспериментальных методов гигиенической оценки использования металлических материалов и их сплавов в системах питьевого водоснабженияImproving experimental methods for hygienic assessment of the use of metallic materials and their alloys in drinking water supply systemshttps://orcid.org/0000-0002-0422-8382АлексееваАнна ВенидиктовнаAlekseevaAnna V.

Начальник отд. гигиены, ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: AAlekseeva@cspmz.ru

Head of Hygiene department, Centre for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: AAlekseeva@cspmz.ru

AAlekseeva@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9050-3757КаменецкаяДарья БорисовнаKamenetskayaDarya B.

Вед. науч. сотр., ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: DKamenetskaya@cspmz.ru

Leading researcher, Centre for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: DKamenetskaya@cspmz.ru

DKamenetskaya@cspmz.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9616-4517КочетковаМарина ГермановнаKochetkovaMarina G.

Науч. сотр., ФГБУ «ЦСП» ФМБА России, 119121, Москва, Россия

e-mail: MKochetkova@cspmz.ru

Researcher, Centre for Strategic Planning of the Federal medical and biological agency, Moscow, 119121, Russian Federation

e-mail: MKochetkova@cspmz.ru

MKochetkova@cspmz.ruнаучно-исследовательский институт экологии человека и гигиены окружающей среды имени А.Н. Сысина ФГБУ «Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью» Федерального медико-биологического агентстваРоссияA.N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Hygiene, Centre for Strategic Planning of the Federal medical and biological agencyRussian Federation2024191120241031011271132Copyright © Алексеева А.В., Каменецкая Д.Б., Кочеткова М.Г., 20242024Алексеева А.В., Каменецкая Д.Б., Кочеткова М.Г.Alekseeva A.V., Kamenetskaya D.B., Kochetkova M.G.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/4410Введение

Введение. Стальные и чугунные трубы широко используются в практике хозяйственно-питьевого водоснабжения, однако они могут быть источником поступления загрязняющих веществ в питьевую воду. Особое внимание при гигиенической оценке обращают на металлические примеси в продуктах коррозии, которые при определённых условиях попадают в системы распределения питьевой воды, загрязняя питьевую воду и создавая риск для здоровья.

Материалы и методы

Материалы и методы. Материалом исследования были научные публикации и результаты лабораторных исследований в области использования металлических материалов и их сплавов в системах питьевого водоснабжения. Особое внимание уделяли специфическим свойствам анализируемых материалов.

Результаты

Результаты. Для стандартизации гигиенических исследований металлических материалов (сплавов), применяемых в питьевом водоснабжении, разработан исследовательский лабораторный стенд, который воссоздаёт условия реальной водопроводной системы, что позволяет моделировать условия эксплуатации при санитарно-химическом тестировании металлов и сплавов, предназначенных для использования в контакте с питьевой водой. Стенд гарантирует непрерывный поток воды через тестируемый материал, одновременное тестирование необходимого числа образцов, включая контрольные, а также подключение к системам холодного и горячего водоснабжения (с тестовой температурой от плюс 60 до плюс 85 °C). Стенд обеспечивает простоту установки системы и замены тестовых образцов, позволяет временно перекрыть поток для имитации стоячей воды (линии тестирования закрываются на четыре часа перед взятием проб), отобрать не менее трёх литров контактной воды для дальнейшего тестирования.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Моделирование условий эксплуатации для санитарно-химического тестирования проведено только на металлических материалах (сплавах). В дальнейшем необходимо провести аналогичные исследования других материалов, используемых в питьевом водоснабжении.

Заключение

Заключение. Стенд может быть использован лабораториями для проведения санитарно-химического анализа сплавов, применяемых в системах обеспечения питьевой водой. Разработанная методика позволяет улучшить качество и точность анализа металлических материалов и сплавов благодаря применению унифицированной системы исследований.

Соблюдение этических стандартов. Исследование не требует заключения комитета по биомедицинской этике.

Участие авторов

Участие авторов. Все соавторы внесли равнозначный вклад в исследование и подготовку статьи к публикации.

Конфликт интересов

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

Финансирование

Финансирование. Исследования проводились в рамках государственного задания по теме «Совершенствование государственной системы контроля и обеспечения химической безопасности окружающей среды для здоровья населения с учётом процессов трансформации веществ» в ФГБУ «ЦСП» ФМБА России.

Поступила

Поступила: 05.07.2024 / Принята к печати: 02.10.2024 / Опубликована: 19.11.2024

Introduction

Introduction. For many years, steel and cast iron pipes have been used in the practice of domestic drinking water supply. However, they can be a source of pollutants entering drinking water. During the hygienic assessment, special attention is paid to metal impurities in corrosion products, which under certain conditions can enter drinking water distribution systems, thereby polluting drinking water and creating a health risk.

Materials and methods

Materials and methods. The material was scientific reports and laboratory studies on the problem of the use of metal materials and their alloys in drinking water supply systems, with special attention to the specific properties of the analyzed materials.

Results

Results. The objective of our research is an attempt to standardize hygienic studies of metal materials (alloys) used in drinking water supply. The object developed was a research laboratory stand that recreates the conditions of a real water supply system, which makes it possible to simulate operating conditions for sanitary and chemical testing of metals and alloys intended for use in contact with drinking water. The stand guarantees a continuous flow of water through the tested material, simultaneous testing of the required number of samples, including control ones, as well as connection to cold and hot water supply systems (with test temperatures from 60 °C to 85 °C). It also allows temporarily stopping the flow of water to simulate standing water (test lines are closed for four hours before sampling), collect at least 3 liters of contact water for further testing, and also makes it easy to install the system and replace test samples.

Limitations

Limitations. Modelling of operating conditions for sanitary and chemical testing was carried out on metal materials (alloys), which are one of the possible options for using materials in drinking water supply. It is necessary to conduct similar studies on other groups of materials used.

Conclusion

Conclusion. This stand can be used by laboratories to carry out sanitary-chemical analysis of alloys that are used in drinking water supply systems. The developed methodology makes it possible to improve the quality and accuracy of the analysis of metallic materials and alloys through the use of a unified research system.

Compliance with ethical standards. The study does not require the conclusion of the Biomedical Ethics Committee.

Contribution

Contribution: all co-authors made an equal contribution to the research and preparation of the article for publication.

Conflict of interest

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

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: July 5, 2024 / Accepted: October 2, 2024 / Published: November 19, 2024

водоснабжениематериалы для питьевого водоснабжениястенд лабораторный для гигиенической оценки металлов и их сплавовwater supplymaterials for drinking water supplylaboratory stand for hygienic assessment of metals and their alloysReferencesШувалов М.В., Тараканов Д.И. Применение труб из различных материалов для устройства водопроводных сетей. Градостроительство и архитектура. 2023; 13(1): 53–9. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2023.01.07Shuvalov M.V., Tarakanov D.I. Using pipes from various materials for water supply pipe line network. Gradostroitel’stvo i arkhitektura. 2023; 13(1): 53–9. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2023.01.07 (in Russian)Жилин В.Н., Ильин Д.Н. Защита систем водотеплоснабжения от коррозии и отложений без водоподготовки. Вода и экология: проблемы и решения. 2009; (3): 36–43. https://elibrary.ru/pmsqdzZhilin V.N., Il’in D.N. Protection of water and heating systems from corrosion and deposits without water treatment. Voda i ekologiya: problemy i resheniya. 2009; (3): 36–43. https://elibrary.ru/pmsqdz (in Russian)Лапшин А.П., Игнатьева Л.П. Качественный состав питьевой воды на этапах водоподготовки и транспортировки. Водоснабжение и санитарная техника. 2016; (6): 31–5. https://elibrary.ru/waozrlLapshin A.P., Ignat’eva L.P. Qualitative composition of drinking water at the purification and transportation stages. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika. 2016; (6): 31–5. https://elibrary.ru/waozrl (in Russian)Романов Р.В., Кочеткова С.С. Разработка параметрической модели технического состояния централизованного водоснабжения. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022; (10): 137–40. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-10-137-140 https://elibrary.ru/zwifriRomanov R.V., Kochetkova S.S. Development of a parametric model of the technical condition of centralized water supply. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2022; (10): 137–40. https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-10-137-140 https://elibrary.ru/zwifri (in Russian)Новиков М.Г., Продоус О.А. Предотвращение вторичного загрязнения воды в централизованных системах водоснабжения при ее транспортировке потребителям. Водные ресурсы и водопользование. 2021; 12(215): 17–20. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2022.2.5Novikov M.G., Prodous O.A. Prevention of secondary pollution of drinking water in water supply networks made of metals. Vodnye resursy i vodopol’zovanie. 2021; 12(215): 17–20. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2022.2.5 (in Russian)Воинцева И.И., Новиков М.Г., Продоус О.А. Продление периода эксплуатации трубопроводов систем водоснабжения из стальных и чугунных труб. Инженерные системы. АВОК – Северо-Запад. 2019; (1): 44–7.Vointseva I.I., Novikov M.G., Prodous O.A. Extension of the service life of pipelines of water supply systems made of steel and cast-iron pipes. Inzhenernye sistemy. AVOK – Severo-Zapad. 2019; (1): 44–7. (in Russian)Чухин В.А., Андрианов А.П. Ускоренная коррозия оцинкованных трубопроводов в системах ГВС. Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2019; (7): 22–30. https://elibrary.ru/ouahtsChukhin V.A., Andrianov A.P. Accelerated corrosion of galvanized piping in domestic hot water systems. Santekhnika, Otoplenie, Konditsionirovanie. 2019; (7): 22–30. https://elibrary.ru/ouahts (in Russian)Mohammadi A., Dobaradaran S., Schmidt T.C., Malakootian M., Spitz J. Emerging contaminants migration from pipes used in drinking water distribution systems: a review of the scientific literature. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(50): 75134–60. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23085-7Mohammadi A., Dobaradaran S., Schmidt T.C., Malakootian M., Spitz J. Emerging contaminants migration from pipes used in drinking water distribution systems: a review of the scientific literature. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2022; 29(50): 75134–60. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23085-7Zietz B.P., Lass J., Dunkelberg H., Suchenwirth R. Die Bleibelastung des niedersächsischen Trinkwassers verursacht durch Korrosion von Rohrleitungsmaterialien. Gesundheitswesen. 2009; 71(5): 265–74. https://doi.org/10.1055/s-0029-1202325 (in German)Zietz B.P., Lass J., Dunkelberg H., Suchenwirth R. Die Bleibelastung des niedersächsischen Trinkwassers verursacht durch Korrosion von Rohrleitungsmaterialien. Gesundheitswesen. 2009; 71(5): 265–74. https://doi.org/10.1055/s-0029-1202325 (in German)Dietrich A.M., Glindemann D., Pizarro F., Gidi V., Olivares M., Araya M., et al. Health and aesthetic impacts of copper corrosion on drinking water. Water Sci. Technol. 2004; 49(2): 55–62.Dietrich A.M., Glindemann D., Pizarro F., Gidi V., Olivares M., Araya M., et al. Health and aesthetic impacts of copper corrosion on drinking water. Water Sci. Technol. 2004; 49(2): 55–62.Gerke T.L., Scheckel K.G., Maynard J.B. Speciation and distribution of vanadium in drinking water iron pipe corrosion by-products. Sci. Total. Environ. 2010; 408(23): 5845–53. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.08.036Gerke T.L., Scheckel K.G., Maynard J.B. Speciation and distribution of vanadium in drinking water iron pipe corrosion by-products. Sci. Total. Environ. 2010; 408(23): 5845–53. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2010.08.036Gerke T.L., Little B.J., Luxton T.P., Scheckel K.G., Maynard J.B. Strontium concentrations in corrosion products from residential drinking water distribution systems. Environ. Sci. Technol. 2013; 47(10): 5171–7. https://doi.org/10.1021/es4000609Gerke T.L., Little B.J., Luxton T.P., Scheckel K.G., Maynard J.B. Strontium concentrations in corrosion products from residential drinking water distribution systems. Environ. Sci. Technol. 2013; 47(10): 5171–7. https://doi.org/10.1021/es4000609Zhang S., Tian Y., Guo Y., Shan J., Liu R. Manganese release from corrosion products of cast iron pipes in drinking water distribution systems: Effect of water temperature, pH, alkalinity, SO42– concentration and disinfectants. Chemosphere. 2021; 262: 127904. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127904Zhang S., Tian Y., Guo Y., Shan J., Liu R. Manganese release from corrosion products of cast iron pipes in drinking water distribution systems: Effect of water temperature, pH, alkalinity, SO42– concentration and disinfectants. Chemosphere. 2021; 262: 127904. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.127904Hsu C.H., Ng D.Q., Lin Y.P. Release of lead, copper, zinc from the initial corrosion of brass water meter in drinking water: Influences of solution composition and electrochemical characterization. Environ. Pollut. 2024; 352: 124154. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124154Hsu C.H., Ng D.Q., Lin Y.P. Release of lead, copper, zinc from the initial corrosion of brass water meter in drinking water: Influences of solution composition and electrochemical characterization. Environ. Pollut. 2024; 352: 124154. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124154Gao J., Liu Q., Song L., Shi B. Risk assessment of heavy metals in pipe scales and loose deposits formed in drinking water distribution systems. Sci. Total. Environ. 2019; 652: 1387–95. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.347Gao J., Liu Q., Song L., Shi B. Risk assessment of heavy metals in pipe scales and loose deposits formed in drinking water distribution systems. Sci. Total. Environ. 2019; 652: 1387–95. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.347Zhang S., Zhao W., Jia S., Wei L., Zhou L., Tian Y. Study on release and occurrence of typical metals in corrosion products of drinking water distribution systems under stagnation conditions. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2023; 30(6): 15217–29. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23151-0Zhang S., Zhao W., Jia S., Wei L., Zhou L., Tian Y. Study on release and occurrence of typical metals in corrosion products of drinking water distribution systems under stagnation conditions. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2023; 30(6): 15217–29. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23151-0Fu Z., Xi S. The effects of heavy metals on human metabolism. Toxicol. Mech. Methods. 2020; 30(3): 167–76. https://doi.org/10.1080/15376516.2019.1701594Fu Z., Xi S. The effects of heavy metals on human metabolism. Toxicol. Mech. Methods. 2020; 30(3): 167–76. https://doi.org/10.1080/15376516.2019.1701594Renu K., Chakraborty R., Myakala H., Koti R., Famurewa A.C., Madhyastha H., et al. Molecular mechanism of heavy metals (Lead, Chromium, Arsenic, Mercury, Nickel and Cadmium) – induced hepatotoxicity – a review. Chemosphere. 2021; 271: 129735. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129735Renu K., Chakraborty R., Myakala H., Koti R., Famurewa A.C., Madhyastha H., et al. Molecular mechanism of heavy metals (Lead, Chromium, Arsenic, Mercury, Nickel and Cadmium) – induced hepatotoxicity – a review. Chemosphere. 2021; 271: 129735. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129735Spungen J.H. Children’s exposures to lead and cadmium: FDA total diet study 2014-16. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control. Expo. Risk Assess. 2019; 36(6): 893–903. https://doi.org/10.1080/19440049.2019.1595170Spungen J.H. Children’s exposures to lead and cadmium: FDA total diet study 2014-16. Food Addit. Contam. Part A Chem. Anal. Control. Expo. Risk Assess. 2019; 36(6): 893–903. https://doi.org/10.1080/19440049.2019.1595170Лукьянчук М.Ю., Горланов В.Н., Гукова Н.В., Морозов Д.А., Портнова Т.М., Шумило Н.М. Методы снижения коррозионной активности питьевой воды: опыт ГУП «водоканал Санкт-Петербурга». Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2021; (1): 31–9. https://elibrary.ru/cwyzjxLukyanchuk M.Yu., Gorlanov V.N., Gukova N.V., Morozov D.A., Portnova T.M., Shumilo N.M. Methods for reducing the corrosiveness of drinking water: the experience of the State Enterprise «Vodokanal of St. Petersburg». Nailuchshie dostupnye tekhnologii vodosnabzheniya i vodootvedeniya. 2021; (1): 31–9. https://elibrary.ru/cwyzjx (in Russian)Продоус О.А., Шлычков Д.И., Спицов Д.В. Предотвращение вторичного загрязнения питьевой воды в металлических сетях водоснабжения. Строительство: наука и образование. 2022; 12(2): 62–71. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2022.2.5Prodous O.A., Shlychkov D.I., Spitsov D.V. Prevention of secondary contamination of drinking water in metal water supply networks. Stroitel’stvo: nauka i obrazovanie. 2022; 12(2): 62–71. https://doi.org/10.22227/2305-5502.2022.2.5 (in Russian)Примин О.Г., Алиференков А.Д., Отставнов А.А. Нормативное обеспечение применения в России труб из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Водоснабжение и санитарная техника. 2015; (5): 24–30. https://elibrary.ru/tqstntPrimin O.G., Aliferenkov A.D., Otstavnov A.A. Regulatory support of ductile iron pipe use in Russia. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika. 2015; (5): 24–30. https://elibrary.ru/tqstnt (in Russian)Гиннэ С.В. К вопросу о противокоррозионной защите водопроводных труб. Эпоха науки. 2018; (15): 89–95. https://elibrary.ru/ikiqyfGinne S.V. On the issue of anti-corrosion protection of water pipes. Epokha nauki. 2018; (15): 89–95. https://elibrary.ru/ikiqyf (in Russian)Гиннэ С.В., Казанцев Р.В. Развитие современной науки: тенденции, проблемы, перспективы. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции. София; 2018: 63–9.Ginne S.V., Kazantsev R.V. Development of Modern Science: Trends, Problems, Prospects. Materials of the International (Correspondence) Scientific and Practical Conference [Razvitie sovremennoi nauki: tendentsii, problemy, perspektivy. Materialy Mezhdunarodnoi (zaochnoi) nauchno-prakticheskoi konferentsii]. Sofiya; 2018: 63–9. (in Russian)Лякишев Н.П., ред. Энциклопедический словарь по металлургии (в 2 томах). М.: Интермет Инжиниринг; 2000.Lyakishev N.P., ed. Encyclopedic Dictionary of Metallurgy (in 2 Volumes) [Entsiklopedicheskii slovar’ po metallurgii (v 2 tomakh)]. Moscow: Intermet Inzhiniring; 2000. (in Russian)Алексеева А.В., Савостикова О.Н., Каменецкая Д.Б., Мамонов Р.А. Стенд лабораторно-исследовательский для проведения санитарно-химических исследований металлических материалов и их сплавов, предназначенных для контакта с питьевой водой во время ее подготовки, хранения и распределения. Патент РФ № 2790455 C1; 2023.Alekseeva A.V., Savostikova O.N., Kamenetskaya D.B., Mamonov R.A. Laboratory and research stand for sanitary and chemical studies of metal materials and their alloys intended for contact with drinking water during its preparation, storage and distribution. Patent RU 2790455 C1; 2023. (in Russian)Алексеева А.В., Савостикова О.Н. Гигиеническая оценка возможности применения полиуретановых покрытий в практике питьевого водоснабжения. Гигиена и санитария. 2022; 101(5): 487–92. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-5-487-492 https://elibrary.ru/jrljssAlekseeva A.V., Savostikova O.N. Hygienic assessment of the possibility of using polyurethane coatings in the practice of drinking water supply. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2022; 101(5): 487–92. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-5-487-492 https://elibrary.ru/jrljss (in Russian)Алексеева А.В., Савостикова О.Н. Вопросы безопасного использования современных цементных материалов в практике питьевого водоснабжения. Гигиена и санитария. 2022; 101(12): 1458–63. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-12-1458-1463 https://elibrary.ru/etxdhxAlekseeva A.V., Savostikova O.N. Problems of the safe use of modern cement materials in the practice of drinking water supply. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2022; 101(12): 1458–63. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2022-101-12-1458-1463 https://elibrary.ru/etxdhx (in Russian)Алексеева А.В., Савостикова О.Н. Методические подходы к повышению надежности оценки факторов риска здоровью при использовании полимерных материалов в системе питьевого водоснабжения. Анализ риска здоровью. 2022; (2): 38–47. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.2.04 https://elibrary.ru/hsunmgAlekseeva A.V., Savostikova O.N. Methodical approaches to raising the reliability of health risk assessment when using polymer materials in drinking water supply. Health Risk Analysis. 2022; (2): 38–47. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.2.04.eng https://elibrary.ru/gzpcbiАлексеева А.В., Савостикова О.Н., Мамонов Р.А. Сравнительный анализ методов оценки возможности применения полимерных материалов в питьевом водоснабжении, закрепленных в законодательствах России и Германии. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; (10-2): 263–7. https://elibrary.ru/uyvsgoAlekseeva A.V., Savostikova O.N., Mamonov R.A. Methodical issues of assessment of possibility of application in drinking water supply of polymeric materials. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2019; (10–2): 263–7. https://elibrary.ru/uyvsgo (in Russian)

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