Совершенствование экспериментальных методов гигиенической оценки использования металлических материалов и их сплавов в системах питьевого водоснабжения

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

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

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

1. Шувалов 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.2023.01.07

2. 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/pmsqdz

3. 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/waozrl

4. 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/zwifri

5. 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/10.22227/2305-5502.2022.2.5

6. 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.

7. Чухин В.А., Андрианов А.П. Ускоренная коррозия оцинкованных трубопроводов в системах ГВС. Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2019; (7): 22–30. https://elibrary.ru/ouahts

8. 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/s11356-022-23085-7

9. 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)

10. 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.

11. 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.2010.08.036

12. Gerke 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/es4000609

13. Zhang 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.2020.127904

14. Hsu 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.2024.124154

15. Gao 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.2018.10.347

16. Zhang 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/s11356-022-23151-0

17. Fu Z., Xi S. The effects of heavy metals on human metabolism. Toxicol. Mech. Methods. 2020; 30(3): 167–76. https://doi.org/10.1080/15376516.2019.1701594

18. Renu 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.2021.129735

19. Spungen 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/10.1080/19440049.2019.1595170

20. Лукьянчук 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/cwyzjx

21. 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/10.22227/2305-5502.2022.2.5

22. 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/tqstnt

23. Гиннэ С.В. К вопросу о противокоррозионной защите водопроводных труб. Эпоха науки. 2018; (15): 89–95. https://elibrary.ru/ikiqyf

24. Гиннэ С.В., Казанцев Р.В. Развитие современной науки: тенденции, проблемы, перспективы. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции. София; 2018: 63–9.

25. Лякишев Н.П., ред. Энциклопедический словарь по металлургии (в 2 томах). М.: Интермет Инжиниринг; 2000.

26. 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.

27. 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/jrljss

28. 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/etxdhx

29. 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/hsunmg

30. Алексеева 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/uyvsgo