Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Результаты контроля за эпидемиологической безопасностью питьевой воды в условиях инновационной деятельности водоканала по применению новых реагентов и схемы водоподготовки

Авторы:

Л. А. Конкина, начальник Центра исследования воды МУП  г. Череповца «Водоканал»

В. В. Малышев, профессор кафедры микробиологии Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова

По данным Государственного доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2013 году» [1], отмечается устойчивая тенденция к росту заболеваемости острыми кишечными инфекциями (ОКИ), со средним ежегодным темпом прироста 6—7%.

При этом было установлено, что проблема загрязнения поверхностных и подземных вод (являющихся источниками водоснабжения) бактериальными, вирусными и паразитарными патогенами носит повсеместный характер [1; 4]. Микробное, в том числе вирусное загрязнение питьевой воды, как централизованного, так и нецентрализованного водоснабжения, создает риск возникновения заболеваний населения кишечными инфекциями, прежде всего — сальмонеллезом, дизентерией, ротавирусной, норовирусной, астровирусной инфекциями, гепатитом А, энтеровирусными инфекциями и др. [2; 5; 7].

В последние годы зарегистрирован ряд водных вспышек острых кишечных вирусных инфекций (ОКВИ) и гепатита А (ГА) в ряде регионов (г. Нижний Новгород, Свердловская область, г. Нальчик и др.) [2].

За последние 5 лет качество воды источников централизованного питьевого водоснабжения в местах водозаборов в целом по стране, хотя и претерпело некоторые изменения в лучшую сторону, все же продолжает оставаться неудовлетворительным. Особенно тяжелое положение сложилось с поверхностными источниками водоснабжения.  Полученные данные по качеству воды в рамках санитарного надзора являются базой для анализа изменения качества воды и оценки рисков контаминации последней кишечными вирусными патогенами. Здесь важным является соблюдение строго регламентированного порядка отбора проб и проведения исследования [1; 2; 5; 7].

В существующих нормативных документах в настоящее время вирусная контаминация воды оценивается по обнаружению колифагов. Это общая практика и Агентства по охране окружающей среды (ЕРА), и Международной организации по стандартизации (ISO), и Центра Европейского союза по стандартизации (CEN EU). Агентство по охране окружающей среды осуществляет мониторинг более 90 загрязнений в питьевой воде в США и обязано дополнять этот список каждые пять лет 30 нерегламентированными загрязнениями в соответствии с законом о безопасности питьевой воды (Safe Drinking Water Act). В соответствии с дополнительным списком в перечень обязательных показателей введен контроль двух вирусов (вирус гепатита А и норовирус).

Установлено, что возбудители вирусных кишечных инфекций обладают высокой устойчивостью в окружающей среде, что ведет практически к повсеместному распространению заболеваний, этиологически связанных с кишечными вирусами. Этапность и перечень проводимых последовательно лабораторных тестов выполняется в соответствии с МУК 4.2.2029-05 [9]. Проведение первого этапа — концентрирование вирусов на разных носителях, позволяет в последующем использовать элюаты воды для обнаружения маркеров кишечных вирусов методом иммуноферментного анализа (ИФА), а также с учетом наличия в элюатах и вирусов, при необходимости уточнения генотипа, субгенотипа используется полимеразная цепная реакция (ПЦР). В последние годы активно внедряется в лабораторную практику метод мультиплексной ПЦР в режиме реального времени [9].

Таким образом, основной целью санитарно-вирусологических исследований воды является оценка последней с точки зрения эпидемиологической безопасности для человека. Прямое обнаружение возбудителей актуальных кишечных вирусных инфекционных заболеваний в воде достоверно свидетельствует о наличии риска заболевания вирусными кишечными инфекциями населения. Эта позиция полностью соответствует приоритетным направлениям Научного совета по «Экологии человека и гигиене окружающей среды» Российской Федерации, где и ставится задача в разработке нормативно-методических документов в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения по предупреждению влияния на здоровье человека загрязнения, в частности, воды водных объектов и питьевой воды, и гармонизацию санитарно-микробиологических показателей. Все выше сказанное будет способствовать снижению рисков заболеваний, передающихся через воду и явится важным звеном в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения Российской Федерации, включая и соблюдение санитарно-эпидемиологических требований обеспечения безопасной среды обитания для здоровья человека [5].

Питьевая вода — это вода, отвечающая по своему качеству в естественном состоянии или после обработки (очистки, обеззараживания) установленным нормативным требованиям и предназначенная для питьевых и бытовых нужд человека [4; 5]. Основные требования к качеству питьевой воды: быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, быть безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами. Для удовлетворения этих требований в настоящее время используется целый комплекс мер по подготовке питьевой воды, включая ее обеззараживание, то есть уничтожения находящихся в ней микроорганизмов.

Известно, что в процессе первичной очистки воды (коагуляция, флокуляция) задерживаются до 99% бактерий, вирусов, паразитов. То есть можно утверждать, что только за счет правильно подобранных схем очистки и химических реагентов можно достичь высокой степени обеззараживания воды [3].

Хлорирование — наиболее изученный, эффективный и экономичный метод обеззараживания питьевой воды в сравнении с любыми другими известными методами. Соблюдение технологического регламента применения хлора обеспечивает микробиологическую безопасность воды в каждой точке распределительной сети в любой момент времени благодаря эффекту последействия. Все остальные методы обеззараживания воды, в том числе озонирование и ультрафиолет, не обеспечивают обеззараживающего последействия и, следовательно, требуют хлорирования на одной из стадий водоподготовки [7; 8].

Однако, как было установлено, одним из серьезных недостатков хлорирования поверхностной воды является образование побочных продуктов — галогенсодержащих соединений, значительную часть которых составляют тригалоидметаны: хлороформ, дихлорбромметан, дибромхлорметан и бромоформ, предельно допустимые концентрации которых установлены в различных странах в пределах от 0,001 до 0,2 мг/л. Образование токсичных соединений обусловлено взаимодействием хлора с растворенными в воде органическими веществами природного происхождения (гуминовые и фульвиновые кислоты, танины, белковые вещества, хлор- и фосфорсодержащие пестициды, нефтепродукты, продукты метаболизма фито- и зоопланктона, иные органические примеси). Количество образующихся в воде хлорорганических соединений пропорционально уровню загрязнения источников питьевого водоснабжения органическими веществами и дозам хлора, которые используются при хлорировании воды. Всего из воды было выделено и идентифицировано 235 хлорорганических соединений, многие из которых обладают канцерогенными, тератогенными и мутагенными свойствами, эмбриотоксическим, гонадотоксическим действием, понижают иммунитет, вызывают аллергические реакции, могут вызывать бесплодие, нарушение обмена веществ и деятельности эндокринной системы, инициировать развитие раковых заболеваний, наследственные изменения, вплоть до врожденных уродств [7; 8].

Перед специалистами давно стоит задача найти разумные альтернативы использованию хлора. Наиболее перспективными реагентами неокислительного действия для обеззараживания воды, отвечающими необходимым требованиям, могут служить полигуанидины, главным представителем которых является полигексаметиленгуанидин гидрохлорид (ПГМГ-ГХ). Механизм биоцидного действия полигуанидинов подобен четвертичным аммониевым соединениям (ЧАС) и носит мембранотоксический характер: гуанидиновые поликатионы адсорбируются на отрицательно заряженной поверхности бактериальной клетки; диффундируют через стенку клетки; связываются с кислотными фосфолипидами, белками цитоплазматической мембраны, что приводит к ее разрыву. В результате происходит блокада гликолитических ферментов дыхательной системы, потеря патогенных свойств и гибель микробной клетки.

В начале 2000-х годов отечественными специалистами был разработан бинарный препарат, в состав которого вошел ПГМГ-ГХ и алкилдемитилбензиламмоний хлорид, относящийся к группе четвертичных аммонийных соединений (ЧАС). Эти два продукта между собой в реакцию не вступают, но их симбиоз позволяет сократить время проникновения молекулы ПГМГ-ГХ внутрь клетки и ускорить ее гибель, то есть соединения этих двух продуктов создают синергетический эффект. Именно это обстоятельство позволило начать исследования на предмет использования данного реагента в очистке и обеззараживании воды [3; 6; 7]. По результатам научной работы, выполненной в НИИ «Экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина», было оформлено экспертное заключение о возможности использования данного препарата (под торговым названием «Дезавид-концентрат») в практике питьевого водоснабжения. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор) средство «Дезавид-концентрат» было зарегистрировано в качестве дезинфицирующего средства для обеззараживания питьевой воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Исходя из того, что проблема снабжения населения качественной питьевой водой является приоритетной в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения, в Череповце с конца 2010 года началось вначале опытно-производственное, а затем и практическое применение дезинфицирующего средства «Дезавид-концентрат», который имел все разрешительные документы для использования в водоподготовке. Специально разработанная АО «Ленводоканалпроект» технология применения этого препарата, а именно, 2-стадийная технология очистки воды, согласно которой: на первой стадии реагент вводился через 1–2 мин после введения в воду коагулянта (как это имеет место при традиционном введении флокулянта в процессах очистки воды), а на второй — непосредственно перед поступлением очищенной воды в РЧВ, — надежно обеспечивает получение питьевой воды высокого качества. При этом наибольшая эффективность достигается за счет совместимости использования средства «Дезавид-концентрат» и обработки воды ультрафиолетовым излучением, что позволяет во все периоды года, за исключением периода интенсивного роста планктона в исходной воде, отказаться от применения хлорсодержащих реагентов, предотвращая тем самым возможность образования в процессе обеззараживания хлорорганических соединений, обладающих канцерогенными свойствами, и тем самым получить воду нового качества — не содержащую хлорорганических соединений.

Использование такого инновационного подхода в водоподготовке позволяет:

— за счет длительного пролонгирующего эффекта обеззараживания отказаться от предварительного введения в воду аммиака;

— в сочетании с коагулянтом образовывать хлопья с повышенной сорбционной емкостью в отношении тяжелых металлов и органических веществ происходит глубокое хлопьеобразование и снижение в процессе фильтрования остаточной концентрации алюминия в очищенной воде до уровня пороговых показателей;

— обеспечивать эффективное и долговременное бактерицидное, вирулицидное и фунгицидное действие.

Кроме того, к преимуществам применения технологий на основе реагента «Дезавид-концентрат» также относится и то, что он:

— не является окислителем (не вызывает привыкания вирусов и бактерий к препарату);

— безопасен для человека, животного, растительного мира и окружающей среды (согласно ГОСТ 12.1.007-76 относится к 4-му классу умеренно опасных веществ при введении в желудок, к 4-му классу малоопасных веществ при нанесении на кожу и к 5-му классу практически нетоксичных веществ при парентеральном введении);

— безвреден по отношению к любым контактирующим материалам;

— экономичен;

— безопасен при хранении, транспортировке и использовании;

— предотвращает биообрастание;

— срок годности рабочего раствора после приготовления при условии его хранения в соответствии с требованиями — 3 года (при этом сохраняет свои свойства при замораживании и размораживании).  Применение технологии дезинфекции питьевой воды на основе препарата «Дезавид-концентрат» позволяет получить еще и высокие технико-экономические показатели, в первую очередь за счет простоты ее реализации на действующих водоочистных станциях, а именно:

— увеличить срок службы системы фильтрации;

— повысить эффективность очистки воды;

— снизить степень коррозии трубопроводов и оборудования;

— полностью или в значительной степени ликвидировать хлорное хозяйство на ВОС и тем самым уйти от всех проблем, связанных с его содержанием.

Применение новой технологии очистки воды в МУП города Череповца на основе использования инновационных реагентов позволило значительно снизить концентрацию алюминия, железа, перманганатную окисляемость, мутность и цветность в питьевой воде.

Внедрение данной технологии сопровождалось подготовкой и развертыванием современной комплектной лаборатории полимеразной цепной реакции в режиме реального времени. После аккредитации данная лаборатория может в течение 2,5 часа тестировать воду по 11 инфекционным агентам (бактериальным, вирусным, споровым).

Авторами настоящей статьи был проведен анализ многолетних данных (2010–2014 гг.) оценки качества питьевой воды и контаминации поверхностного водоисточника в городе Череповце.  Анализируемые данные предоставил Центр исследования воды (ЦИВ) МУП «Водоканал» города Череповца. Проведенный мониторинг результатов лабораторного контроля качества питьевой воды г. Череповца за 2010–2014 гг. позволили с убедительностью подтвердить не только безопасность питьевой воды в эпидемиологическом отношении, но и по остальным составляющим качества воды получить высокие результаты.

Анализ результатов лабораторного мониторинга воды, проводимый ЦИВ МУП «Водоканал» в части микробиологических и вирусологических исследований питьевой воды, согласно графику контроля, выполнялся по следующим показателям: общее микробное число (ОМЧ), общие колиформные бактерии (ОКБ), термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ), микроорганизмы рода шигелла и энероинвазивные Е.coli (кишечная палочка), сальмонеллы, термофильные кампилобактерии, споры сульфитредуцирующих клостридий, колифаги, антиген ротавирусов группы А, антиген вируса гепатита А, энтеровирусы, вирус гепатита А, ротавирусы, норовирусы, астровирусы, цисты лямблий.

Во всех пробах исследуемой воды отсутствовали санитарно-показательные, условно-патогенные и патогенные микроорганизмы, а также вирусы, цисты простейших. Питьевая вода являлась безопасной и по паразитологическим показателям (яйца гельминтов не обнаружены) [7].

На основании письма № 05-36/3436-13 от 08.08.2013 ТО Управления Роспотребнадзора по Вологодской области в г. Череповце с августа по сентябрь 2013 года был организован контроль за качеством воды источника водоснабжения, резервуаров чистой воды и разводящей сети на энтеровирусы, пробы отбирались ежедекадно. По результатам лабораторного центра ФБУЗ «Центра гигиены и эпидемиологии в Вологодской области» РНК энтеровирусов не обнаружено.

В октябре 2013 года ЦИВ МУП «Водоканал» была внедрена методика микробиологического исследования проб воды методом ПЦР (полимеразная цепная реакция) с детекцией в режиме «реального времени». В настоящее время ПЦР-диагностика является одним из самых точных и чувствительных методов диагностики. Благодаря своей высокой чувствительности и специфичности ПЦР позволяет выявлять наличие возбудителей бактериальных и вирусных инфекций, нуклеиновых кислот бактерий и вирусов даже при минимальном их содержании.

В основе метода ПЦР лежит многократное удвоение (амплификация) определенного участка ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). В результате нарабатываются количества ДНК, достаточные для визуальной детекции. При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. Этим методом проводят определение не только патогенных микроорганизмов, но и возбудителей вирусных инфекций, таких как вирусы гепатитов А и Е, ротавирусы, норовирусы, астровирусы, энтеровирусы и др.

Статистика г. Череповец

Для выявления микроорганизмов рода шигелла, энтероинвазивных Е.coli (кишечная палочка), сальмонелл, термофильных кампилобактерий, а также вируса гепатита А, ротавируса, норовируса, астровируса, энтеровируса ЦИВ МУП «Водоканал» в соответствии с МУК 4.2.2029-05 использует систему «АмплиСенс-ОКИ скрин-FL» (метод ПЦР с гибридизационно-флуоресцентной детекцией) [9]. По результатам исследований, проведенных в ПЦР-лаборатории ЦИВ МУП «Водоканал», в пробах воды РНК вышеперечисленных микроорганизмов и вирусов не было обнаружено.

Применение современных дезинфицирующих средств («Дезавид-концентрат» или его аналога — «Дефлок») позволяет получать на водоочистных станциях МУП «Водоканал» качественную и безопасную по микробиологическим показателям питьевую воду, в полном соответствии с нормативами СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07. А использование новейших методов и оборудования контроля качества питьевой воды (метод иммуноферментного анализа, ПЦР в режиме реального времени) гарантируют получение своевременной информации об эпидемической безопасности воды и поддержания эпидемиологического благополучия населения на территории. По данным Роспотребнадзора, по Вологодской области в 2013 году были зафиксированы случаи заболевания энтеровирусной инфекцией в г. Вологда, Междуреченском, Вологодском, Грязовецком, Сямженском и Великоустюгском районах. В г. Череповце случаев заболевания за этот период не выявлено [7].

Анализируя медицинскую статистику за последние десять лет, можно сделать вывод, что в г. Череповце в течение последних 4 лет наблюдается тенденция по снижению заболеваемости острыми кишечными инфекциями и вирусным гепатитом А. По данным территориального отдела Роспотребнадзора, среднее значение суммы ОКИ (острые кишечные инфекции) за период 2011–2014 гг. на 9,1% меньше по сравнению с периодом 2007–2010 гг. Частота случаев заболеваний вирусным гепатитом А в г. Череповце снизилась на 28% по сравнению с периодом 2007–2010 гг.

Данные результаты подтверждают эффективность работы современной технологии подготовки питьевой воды с использованием дезинфицирующих средств нового поколения («Дезавид-концентрат», «Дефлок»). В значительной степени достигаемый эффект обеспечивается за счет того, что все этапы водоподготовки сопровождаются лабораторным контролем показателей качества питьевой воды с помощью современных методов детекции.

Выводы

Анализ результатов, полученных от внедрения МУП «Водоканал» города Череповца передовых высокоэффективных технологий на Комплексе водоочистных сооружений, свидетельствует, что жители Череповца получают воду, полностью соответствующую российским стандартам на питьевую воду, а по ряду показателей и превышающую их.

В этом плане следует также отметить, что инновационная деятельность сотрудников Водоканала в полной мере соответствует и требованиям «Руководства по обеспечению качества питьевой воды», Рекомендации ВОЗ, 2004, из которых следует: «…Если есть возможность повышения качества питьевой воды выше рекомендуемого уровня, то необходимо предпринимать постоянные усилия по сохранению качества воды на самом высоком возможном уровне. Важная концепция в отношении выделения ресурсов для повышения безопасности питьевой воды заключается в постоянных улучшениях на пути долгосрочных целей (например, защита от патогенов)». Оно декларирует …«переход к мышлению, которое рассматривает профилактику в качестве приоритета, может оказаться более эффективным, его себестоимость может оказаться более низкой, а гибкость более высокой, оно может противостоять новому вызову — угрозе безопасности качества воды, сравнимому с климатическими изменениями, ростом населения и урбанизацией».

Литература

1. Государственный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2013 году», М., Роспотребнадзор, 2014. — 438 с.

2. Малышев В. В. Шаги к гармонизации показателей. Новое в производственном лабораторном контроле качества воды в свете принятого закона «О водоснабжении и водоотведении». — Журн. «Вода Magazine». — № 4 (56), 2012. — С. 18–20

3. Федеральный закон Российской Федерации от 7 декабря 2011 года № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».

4. Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование Российской Федерации. Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. 2.1.4. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.4.1074-01, Минздрав России, Москва. — 2002.

5. Решение Пленума Научного совета по экологии человека и гигиене окружающей среды Российской Федерации «Актуализированные проблемы здоровья человека и среды его обитания и пути их решения» (г. Москва, 14–15 декабря 2011 г.).

6. Рахманин Ю. А. Охрана здоровья населения промышленных регионов: стратегия развития, инновационные подходы и перспективы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — Екатеринбург, 2009.

7. Кузнецова И. А. / Пути обеспечения населения Вологодской области безопасной питьевой водой с использованием методологии оценки риска // Кузнецова И. А., Фигурина Т. И., Шадрина С. Ю. — Журн. «Гигиена и санитария». — № 1, 2011.

8. Малышев В. В. Проблемы водоснабжения северных территорий в контексте улучшения среды обитания и здоровья населения. Охрана здоровья населения промышленных регионов: стратегия развития, инновационные подходы и перспективы: Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — Екатеринбург, 2009. — С. 103–106.

9. Методические указания по санитарно-вирусологическому контролю водных объектов. 4.2. Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. МУК 4.2.2029 — 05, М, 2006.

Скачать статью  в pdf-формате: Результаты контроля за эпидемиологической безопасностью питьевой воды в условиях инновационной деятельности водоканала по применению новых реагентов и схемы водоподготовки