Гигиеническая оценка качества водных объектов и систем водоснабжения одного из промышленных городов Московской области (г. Красноармейск)

Введение

Обеспечение населения безопасной питьевой водой, соответствующей гигиеническим нормативам, является фундаментальным условием сохранения общественного здоровья и санитарно-эпидемиологического благополучия¹ [1]. В Российской Федерации реализация масштабных государственных программ, таких как федеральный проект «Чистая вода», направленных на системное преодоление проблем водоснабжения, позволила значительно увеличить долю населения, обеспеченного качественной питьевой водой [2]. Вместе с тем данные мониторинга подтверждают, что проблема гарантированного качества воды сохраняет высокую актуальность для малых и средних промышленных городов с исторически сложившейся инфраструктурой² [3]. Именно в таких населённых пунктах комплексный риск для водных объектов формируется под влиянием двух взаимосвязанных групп факторов: устойчивости природного гидрогеохимического фона и интенсивности совокупной антропогенной нагрузки [3, 4].

Город Красноармейск (Московская область) – пример территории, где эти факторы проявляются в полной мере. Ключевой природной особенностью является источник централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения – подземные воды гжельско-ассельского водоносного горизонта. Для этого горизонта типично повышенное эндогенное содержание железа и иногда марганца, что создаёт устойчивую технологическую проблему на этапе водоподготовки и требует постоянного контроля эффективности обезжелезивания [5]. Значительное влияние на водные объекты города оказывает антропогенная деятельность [6]. Река Воря, протекающая через городскую территорию и отнесённая ко второй категории водопользования, выполняет важные рекреационные функции, что предъявляет повышенные требования к её санитарно-химическому и микробиологическому качеству в связи с риском для здоровья населения [7]. Состояние реки напрямую зависит от работы систем водоотведения и ливневой канализации, высокий износ которых, усугублённый отсутствием централизованных ливневых коллекторов, повышает риски аварийных и неучтённых сбросов [8]. Важным элементом системы являются сточные воды, сбрасываемые после очистки. Их качество служит индикатором эффективности коммунальных и локальных промышленных очистных сооружений. Наличие в стоках специфических загрязнителей (нефтепродукты, галогенорганические соединения, тяжёлые металлы) свидетельствует о производственном генезе загрязнения и недостаточной глубине очистки [9].

Необходимо отметить, что подземный горизонт гидравлически не связан с р. Ворей, однако комплексный анализ всех компонентов водной среды на одной урбанизированной территории необходим для гигиенической оценки рисков, связанных с различными путями водопользования (питьевое, рекреационное, водоотведение).

Несмотря на регулярный ведомственный контроль, комплексный анализ всей системы «подземный горизонт – питьевая вода – сточные воды – поверхностный водоём» на территории одного промышленного города ранее не проводился. Отсутствие интегральной оценки не позволяет объективно ранжировать факторы риска и обосновать приоритетные природоохранные меры.

Таким образом, для объективной оценки санитарно-экологической ситуации и выявления приоритетных управленческих решений необходим комплексный подход к мониторингу, охватывающий всю цепочку: источник питьевого водоснабжения, сбрасываемые сточные воды, поверхностный водный объект (река). Ретроспективный анализ многолетних данных по широкому спектру показателей (органолептические, обобщённые, микробиологические, санитарно-химические) является важным инструментом выявления устойчивых трендов, установления причинно-следственных связей и оценки эффективности ранее принятых природоохранных мер.

Цель исследования – комплексная гигиеническая оценка качества воды в системе «подземный источник водоснабжения – питьевая вода централизованной системы – сточные воды – поверхностный водоём (р. Воря)» на территории г. Красноармейска Московской области на основе ретроспективного анализа данных мониторинга за 2018–2024 гг. и углублённого скрининга 2025 г. с выявлением приоритетных факторов риска.

Материалы и методы

Исследование носило комплексный характер и включало два основных этапа: ретроспективный анализ данных многолетнего мониторинга ФГБУ «ЦСП» ФМБА России за период 2018–2024 гг. и углублённое скрининговое исследование компонентов водной среды, выполненное в 2025 г. Объектами исследования служили пробы воды трёх категорий, ежемесячно отбираемые на территории г. Красноармейска Московской области: подземные воды из артезианских скважин (гжельско-ассельский и касимовский горизонты) на пяти водозаборных узлах (ВЗУ № 1–5), вода из резервуаров чистой воды на всех ВЗУ перед подачей в сеть, вода из распределительной (разводящей) сети; поверхностная вода из контрольных створов р. Вори (выше города, в зоне массового купания, ниже города); промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, отбираемые на территории промышленных предприятий и в месте сброса сточных вод в р. Ворю. Анализ проб выполнялся в лабораториях, аккредитованных в соответствии с ГОСТ ИСО/МЭК 17025–2019. Всего за период наблюдений было отобрано и проанализировано более 100 проб по показателям химического и микробиологического загрязнения, количество которых варьировало по годам (минимальное в 2020–2021 гг., максимальное – в 2024 г.).

Скрининговые исследования охватывали более 100 показателей: органолептические (запах, цветность, мутность), обобщённые (жёсткость, перманганатная окисляемость, рН), химические (тяжёлые металлы, летучие ароматические углеводороды, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (АПАВ), хлорорганические соединения и пестициды и др.).

Оценку соответствия качества воды проводили по нормативам СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»³. Для выявления статистически значимых изменений за семилетний период применяли методы непараметрической статистики (критерий Манна – Кендалла для оценки трендов) и параметрический критерий Стьюдента для сравнения средних величин в независимых выборках. Различия считались статистически значимыми при уровне вероятности ошибки p < 0,05. Анализ динамики доли неудовлетворительных проб проводили с использованием регрессионного анализа.

Результаты

Качество питьевой воды. Для санитарно-химической оценки качества воды подземных источников централизованного водоснабжения г. Красноармейска были определены два направления: анализ усреднённых показателей качества и анализ частоты выявления проб, не соответствующих гигиеническим нормативам. Установлено, что среднегодовые концентрации контролируемых показателей не превышали установленных гигиенических нормативов. За период 2018–2024 гг. по органолептическим показателям отмечена тенденция к снижению цветности (с 9,5–10,4 до 5–6,4 град.) и мутности (с 1 до 0,1–1,61 мг/дм³). Содержание железа варьировалось от 0,1 до 0,28 мг/дм³, оставаясь в пределах допустимых значений. Концентрации тяжёлых металлов (Cu, Pb, Cd, Hg, Be, Co, Se, Cr, Zn), мышьяка, соединений азотной группы на протяжении всего периода наблюдений не обнаруживались либо значения регистрировались в пределах десятых-тысячных долей мг/дм³, что характерно для условно фоновых значений подземных вод. Максимальная зарегистрированная концентрация бериллия составила 0,00018, кобальта – 0,001, селена – 0,004, хрома – 0,0016, цинка – 0,00036, меди – 0,00036 мг/дм³, что значительно ниже установленных гигиенических нормативов. Данные о среднегодовых концентрациях веществ, загрязняющих воду ЦВС, приведены в табл. 1. По средним многолетним показателям вода подземных источников характеризуется как стабильная и соответствующая нормативам. Отдельные колебания связаны с природными особенностями водоносных горизонтов и сезонными факторами.

Несмотря на благополучные средние показатели, анализ индивидуальных проб выявил превышения гигиенических нормативов, динамика которых носила волнообразный характер. В 2018–2019 гг. доля проб, не соответствующих нормативам, составляла 8,6% (5 из 58) и 12,8% (5 из 39) соответственно. Неудовлетворительные результаты регистрировались исключительно по показателю мутности и содержанию железа. Данные результаты могут быть связаны с природными особенностями подземных вод среднего карбона. В 2020–2021 гг. наблюдалось постепенное увеличение доли неудовлетворительных проб до 14,9% (11 из 74) и 16,9% (15 из 89) соответственно. Наиболее неблагоприятная ситуация сложилась в 2022 г., когда доля неудовлетворительных проб достигла максимального значения за весь период наблюдения – 53% (42 из 79). При анализе воды из подземных источников (артезианских скважин) доля проб с превышением ПДК железа в 2024 г. составила 49,3%, что характерно для природного состава гжельско-ассельского горизонта. После водоподготовки в резервуарах чистой воды этот показатель снизился до 32,1% (9 из 28 проб), однако сохраняющиеся превышения (1,5–2 ПДК) свидетельствуют о недостаточной эффективности работы станций обезжелезивания.

Превышений ПДК высокотоксичных элементов (As, Be, Cd, Co, Hg, Ni, Pb) не выявлено. Жёсткость воды (4,7–5,6 °Ж) соответствует норме для региона. Содержание марганца снизилось с 0,023 мг/дм³ в 2019 г. до 0,001 мг/дм³ в 2023–2024 гг. В единичных пробах обнаружен побочный продукт хлорирования бромдихлорметан (0,029 мг/л, на границе ПДК 0,03 мг/ дм³).

Ежегодный объём исследований микробиологических показателей воды источников варьировался от 23 до 106 проб в период 2018–2024 гг. Наименьшее количество проб было исследовано в 2020 г. (n = 23), наибольшее – в 2023 г. (n = 106). В 2018–2021 гг. все исследованные пробы соответствовали гигиеническим нормативам, неудовлетворительные результаты отсутствовали. Первые несоответствия зафиксированы в 2022 г.: 2 пробы (1,9%) не отвечали установленным требованиям. В 2023 и 2024 гг. количество нестандартных проб возросло до 3 ежегодно, доля неудовлетворительных результатов была одинаковой – 2,8%. Важно отметить, что во всех случаях (2022–2024 гг.) после проведения повторных контрольных исследований отобранные пробы полностью соответствовали гигиеническим нормативам, что указывает на оперативность и эффективность принятых корректирующих мер.

Качество поверхностных вод. Оценку качества воды р. Вори по санитарно-химическим показателям проводили в рамках мониторинга поверхностных водоисточников. В 2018–2019 гг. исследовали по 9 проб ежегодно. Во всех пробах зафиксировано превышение нормативов химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК), что свидетельствует о наличии органического загрязнения воды. При этом превышений содержания тяжёлых металлов, нефтепродуктов и поверхностно-активных веществ (ПАВ) не обнаружено, что позволяет предположить преимущественно органическую природу загрязнения без выраженной токсической составляющей. В 2020 г. объём исследований сократился до 6 проб, в 2021–2024 гг. количество проб варьировалось от 5 до 6 в год, поэтому было невозможно в полной мере оценить динамику органического загрязнения, однако косвенные данные свидетельствуют о том, что оно присутствовало.

Анализ содержания металлов и других нормируемых веществ показал, что среднегодовые концентрации большинства показателей не превышали установленных гигиенических нормативов. Данные о среднегодовых концентрациях веществ, загрязняющих воду поверхностных водоисточников, приведены в табл. 2. Содержание железа на протяжении всего периода находилось в пределах 0,16–0,55 мг/дм³, марганца – 0,001–0,13 мг/дм³. Показатель загрязнения нефтепродуктами был в пределах СанПиН 1.2.3685–21³. Концентрации тяжёлых металлов (Al, Cd, As, Ni, Pb, Se, Cr, Zn, Cu) на протяжении всего периода наблюдений были значительно ниже предельно допустимых уровней, что свидетельствует об отсутствии загрязнения водотока указанными элементами. Вместе с тем вызывает насторожённость статистически значимый восходящий тренд содержания нефтепродуктов: их концентрация возросла с 0,016 мг/дм³ в 2018 г. до 0,024 мг/дм³ в 2024 г. (прирост ~ 50%). В отдельных створах, в зонах рекреационного использования обнаружено загрязнение ароматическими углеводородами: максимальное превышение ПДК этилбензола составило 2,8 раза.

За период 2018–2024 гг. объём микробиологических исследований воды р. Вори характеризовался выраженной неравномерностью. Наименьшее количество проб отобрано в 2020–2021 гг. (n = 6 ежегодно), наибольшее – в 2024 г. (n = 50). С 2022 г. отмечается существенное расширение программы исследований: число проб возросло до 22 ежегодно в 2022–2023 гг. и до 50 в 2024 г. Доля неудовлетворительных проб варьировалась от 13,33% в 2018–2019 гг. до 83,33% в 2021 г. В 2018 и 2019 гг. при исследовании 15 проб ежегодно зарегистрировано по 2 нестандартных результата по показателю «общие колиформные бактерии» (ОКБ), что составило 13,33%. При этом паразитологические показатели, колифаги и возбудители кишечных инфекций не обнаруживались.

Резкое ухудшение качества воды зафиксировано в 2020–2021 гг. В 2020 г. из 6 исследованных проб 3 не соответствовали нормативам по ОКБ и термотолерантным колиформным бактериям (ТКБ), доля нестандартных проб достигла 50%. В 2021 г. при том же объёме исследований (n = 6) неудовлетворительные результаты выявлены в 5 пробах – 83,33%. Превышения регистрировались и выше города по течению реки, и по створам в середине и ниже по течению. С 2022 г. на фоне увеличения объёма исследований доля нестандартных проб снизилась, однако оставалась стабильно высокой: в 2022 г. – 31,8% (7 неудовлетворительных проб из 22), в 2023 г. – 27,27% (6 из 22), в 2024 г. – 30% (15 из 50).

Анализ микробного загрязнения показал, что во всех нестандартных пробах 2022–2024 гг. регистрировалось превышение по ОКБ: в 2024 г. оно составило от 3,2 до 160 раз. Также в пробах из р. Вори систематически обнаруживалось превышение гигиенического норматива энтерококков в 1,4–6,2 раза. Холерный вибрион и патогенные бактерии рода Salmonella за весь период наблюдений не были обнаружены.

Таким образом, с 2020 г. по настоящее время качество воды поверхностных водоёмов характеризуется стабильно высокой долей проб, не соответствующих гигиеническим нормативам по микробиологическим показателям. Наиболее неблагополучная ситуация сложилась в 2021 г. (83,33% нестандартных проб). Несмотря на некоторое снижение доли нестандартных проб в 2022–2024 гг. по сравнению с пиковым значением, уровень микробного загрязнения остаётся значительным и имеет тенденцию к сохранению.

Качество сточных вод. Результаты исследований сточных вод за период 2018–2024 гг. представлены в табл. 3. Анализ охватывал широкий перечень показателей, в том числе содержание взвешенных веществ, органических соединений (АПАВ, нефтепродукты), биогенных элементов (азот-, фосфорсодержащие) и тяжёлых металлов. Необходимо отметить, что маркёрами промышленного генеза являются нефтепродукты и тяжёлые металлы. Взвешенные вещества, нитраты, нитриты и АПАВ характерны для смешанного коммунально-промышленного стока. Анализ сточных вод за 2018–2024 гг. выявил высокий уровень загрязнения. Содержание нефтепродуктов снизилось с 0,127 мг/дм³ в 2018 г. до 0,017 мг/дм³ в 2024 г., но в отдельные годы превышало нормативы. Концентрация меди колебалась, достигая максимума 0,008 мг/дм³ в 2022 г. Содержание взвешенных веществ колебалось в пределах 1,26–2,6 мг/дм³. Максимум пришёлся на 2018 г. (2,6 мг/дм³), минимум – на 2024 г. (1,26 мг/дм³). Прослеживается общая тенденция к снижению показателя. Значения концентрации АПАВ находились в интервале 0,011–0,114 мг/дм³. Наибольшие показатели были зафиксированы в 2018 и 2021 гг. (0,114 и 0,1 мг/дм³ соответственно), тогда как уже к 2020 г. обозначилась устойчивая тенденция к снижению: содержание АПАВ опустилось до 0,011–0,023 мг/дм³ и в последующем держалось на этом уровне. Такую динамику можно расценивать как свидетельство повышения эффективности очистки. Диапазон показателя содержания полифосфатов оказался шире – от 10,5 до 16,2 мг/дм³. Максимальное значение (16,2 мг/дм³) зафиксировано в 2018 г., минимальное (10,5 мг/дм³) – в 2019 г. В последующие годы уровень стабилизировался в пределах 11,6–14,25 мг/дм³, причём заметной тенденции к уменьшению не прослеживалось. В сочетании с повышенными концентрациями нитритов это создаёт риск эвтрофикации водного объекта. Совокупность полученных результатов свидетельствует о необходимости модернизации очистных сооружений. В первую очередь требуется внедрение технологий удаления биогенных элементов и специфических загрязнителей промышленного происхождения.

Обсуждение

Проведённый комплексный анализ позволил дифференцировать для каждого из изученных объектов Красноармейска проблемы качества воды и установить их вероятные причины, что создаёт основу адресного планирования корректирующих мероприятий.

Качество питьевой воды подземных источников и централизованного водоснабжения в целом может быть оценено как стабильно удовлетворительное. Среднегодовые концентрации контролируемых веществ на протяжении всего периода не превышали гигиенических нормативов, а содержание токсикантов (мышьяк, кадмий, ртуть, свинец) находилось на уровне фоновых значений, характерных для подземных вод данного региона. Это подтверждает эффективность барьерной роли водоносного горизонта и существующей системы водоподготовки. Основной проблемой остаются эпизодические превышения содержания железа и показателя мутности в пробах, доля которых после пикового значения 2022 г. (53%) в 2024 г. сохраняется на высоком уровне (32,1%). Данный факт полностью согласуется с гидрогеохимическими особенностями гжельско-ассельского горизонта, для которого повышенное фоновое содержание железа является типичным [5, 10] и указывает на необходимость оптимизации работы станций обезжелезивания либо внедрения дополнительных технологических ступеней. Положительной динамикой можно считать снижение содержания марганца (с 0,023 мг/дм³ в 2019 г. до 0,001 мг/дм³ в 2023–2024 гг.). Обнаружение в единичных пробах бромдихлорметана на уровне ПДК (0,029 мг/дм³) требует внимания, поскольку побочные продукты дезинфекции являются объектом пристального контроля в связи с потенциальными отдалёнными рисками для здоровья⁴ [11, 12]. Ситуация усугубляется отсутствием утверждённых проектов зон санитарной охраны (ЗСО) для двух из пяти водозаборных узлов (ВЗУ № 3 и № 4). Это создаёт потенциальные риски загрязнения источников и не позволяет в полной мере гарантировать эпидемиологическую безопасность водоснабжения в долгосрочной перспективе.

Санитарно-химическое состояние р. Вори по большинству показателей можно признать благоприятным. Содержание железа и марганца на протяжении всего периода соответствовало требованиям СанПиН 1.2.3685–21 для водных объектов рекреационного водопользования. Концентрации тяжёлых металлов оставались стабильно низкими. Вместе с тем выявлены тенденции, требующие внимания. Статистически значимый рост содержания нефтепродуктов (примерно на 50% за семь лет) является маркёром увеличения антропогенной нагрузки, связанной с поверхностным стоком с автодорог, промышленных площадок и, возможно, неучтёнными сбросами [13]. Обнаружение ароматических углеводородов (этилбензол) в зонах рекреации прямо указывает на локальные источники загрязнения, требующие выявления и ликвидации. Микробиологическое качество воды остаётся наиболее чувствительным индикатором антропогенного влияния. Доля проб, не соответствующих нормативам, после пика 2021 г. (83,3%) стабилизировалась на уровне около 30% (2024 г. – 30%). Персистирующее микробное загрязнение р. Вори, регистрируемое в том числе выше города, указывает на совокупное влияние нескольких факторов: поверхностного стока с урбанизированных и прилегающих территорий, смывов с автодорог [14], а также эпизодических поступлений недостаточно очищенных или неочищенных сточных вод, что согласуется с высоким износом канализационных сетей и отсутствием централизованных ливневых коллекторов. Это указывает на необходимость совершенствования системы водоотведения и ливневой канализации, а также усиления контроля источников загрязнения в водосборном бассейне.

Анализ состава сточных вод подтвердил их преимущественно смешанный генезис. Присутствие стабильно высоких концентраций полифосфатов и наличие маркёров бытовых стоков (АПАВ) указывает на значительный вклад коммунального сектора. В то же время содержание нефтепродуктов и меди (с характерной нестабильностью концентраций) является прямым подтверждением промышленного влияния, обусловленного деятельностью предприятий города. За анализируемый период прослеживается положительная динамика ряда показателей. Так, содержание взвешенных веществ сократилось с 2,6 до 1,26 мг/дм³, АПАВ – с 0,114 до 0,012 мг/дм³, а концентрация нефтепродуктов снизилась с 0,13 до 0,017 мг/дм³. Вероятнее всего, это связано с проведённой модернизацией очистных сооружений. Несмотря на положительную динамику ряда показателей, на протяжении всего периода наблюдений фосфатная нагрузка остаётся стабильно высокой – на уровне 11,6–14,25 мг/дм³, при этом тенденции к снижению не выявлено. Поступление биогенных элементов служит ключевым фактором эвтрофикации водных объектов и негативно сказывается на качестве воды р. Вори [15].

Заключение

Проведённый комплексный ретроспективный анализ данных мониторинга за 2018–2024 гг. и углублённого скрининга 2025 г. позволил дать комплексную гигиеническую оценку качества воды в системе «подземный горизонт – питьевая вода – сточные воды – поверхностный водоём» на территории г. Красноармейска и достичь поставленной цели исследования.

Установлено, что в системе водоснабжения и водоотведения г. Красноармейска сформировались три приоритетных фактора риска: обусловленное геохимическими особенностями загрязнение подземных вод железом, персистирующее микробное загрязнение р. Вори и устойчивая фосфатная нагрузка от сточных вод. Полученные результаты формируют основу адресных управленческих решений: оптимизации системы обезжелезивания на станции водоподготовки, технологического переоснащения очистных сооружений для извлечения фосфатов, реконструкции канализационных и ливневых сетей для предотвращения неучтённых сбросов. Реализация указанных мероприятий позволит снизить антропогенную нагрузку на водные объекты, укрепить санитарно-эпидемиологическую надёжность водоснабжения и обеспечить устойчивое функционирование водохозяйственного комплекса города.

¹ Директива Европейского Парламента и Совета Европейского союза 2020/2184 от 16 декабря 2020 г. о качестве воды, предназначенной для употребления людьми.

² Минстрой России. Паспорт федерального проекта «Чистая вода»; 2024. Доступно: https://www.minstroyrf.gov.ru/docs/140228

³ СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».

⁴ National Toxicology Program. 15^th Report on Carcinogens. Rep Carcinog. 2021 Dec 21; 15: roc15. https://doi.org/10.22427/NTP-OTHER-1003 PMID: 39456132