Кристина Дмитриевна Мишина, аспирант, ассистент кафедры «Техносферная безопасность»
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
Kristina D. Mishina, Postgraduate Student, Assistant of the Technosphere Safety Department
40, Krasnaya St., Penza, 440026
Оксана Евгеньевна Безбородова, доктор технических наук, заведующая кафедрой «Техносферная безопасность»
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
Oksana E. Bezborodova, Dr. Sci. (Eng.), Head of the Technosphere Safety Department
40, Krasnaya St., Penza, 440026
Наталья Владленовна Камардина, кандидат технических наук, доцент кафедры «Техносферная безопасность»
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
Natalya V. Kamardina, Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Technosphere Safety Department
40, Krasnaya St., Penza, 440026
Введение. Обеспечение населения безопасной питьевой водой является одной из ключевых задач охраны здоровья и устойчивого развития, поскольку её качество напрямую влияет на уровень заболеваемости и смертности. По данным ООН и ВОЗ, недостаточная эффективность систем водоподготовки способствует возникновению и распространению инфекционных заболеваний, приводящих к гибели в мире до 1,4 миллиона человек ежегодно. Вместе с тем остаётся недостаточно разработанным вопрос комплексной сравнительной оценки технологий водоподготовки с точки зрения совокупного риска для здоровья населения, учитывающей одновременно химические и микробиологические факторы опасности. Указанный пробел в научном знании обусловливает необходимость исследований, ориентированных не только на достижение нормативных показателей качества воды, но и на интегральную оценку последствий применения различных технологических схем для здоровья человека. В связи с этим целью настоящего исследования является сравнительная оценка эффективности технологий водоподготовки питьевой воды централизованных систем водоснабжения по совокупному риску для здоровья населения, что позволит обосновать выбор оптимальных решений в практике водоподготовки.
Материалы и методы. Информационную базу исследования составили действующие нормативные документы, устанавливающие требования к качеству питьевой воды и технологическим процессам ее подготовки; «Методика разработки реестра НДТ систем водоснабжения и водоотведения»1; российские и международные стандарты и руководства по оценке риска для здоровья населения; научные статьи и монографии по технологиям фильтрования, коагулирования, осветления, сорбции, окисления и обеззараживания воды. Оценка качества исходной воды выполнялась по основным группам показателей: органолептическим, обобщенным, санитарно-микробиологическим, паразитологическим, а также санитарно-химическим. Для количественной оценки и сравнения различных схем водоподготовки применялись методы математического моделирования и статистической обработки данных. Расчет выполнялся в соответствии с подходами, изложенными в МР 2.1.4.0289–222.
На основе классификации источников водоснабжения по качеству воды анализировались рекомендуемые совокупности технологических операций:
Исследование выполнено с использованием стандартных методик лабораторного анализа качества воды и специализированного программного обеспечения для моделирования и оценки риска.
Результаты исследования. Проведена оценка эффективности действующей технологии (механическая очистка, коагуляция, хлорирование) и предложенной многоступенчатой схемы (включающей ультрафильтрацию, сорбцию и комбинированное обеззараживание). Выполнено математическое моделирование изменения параметров качества воды для трёх сценариев водоподготовки. С использованием специального программного обеспечения проведён модельный эксперимент и оценка изменения качества по четырём группам параметров (органолептические, обобщенные, санитарно-микробиологические и паразитологические, санитарно-химические). По МР 2.1.4.0289–223 рассчитаны значения совокупного риска и эффективность его снижения в результате водоподготовки; результаты статистически обработаны. На основе данных санитарно-гигиенического мониторинга и расчёта совокупного риска для здоровья населения показано, что исходная вода имеет превышения по ряду показателей. Установлено, что предложенный многоступенчатый метод обеспечивает более глубокую очистку и значительно эффективнее снижает негативное влияние на здоровье по всем группам параметров (органолептическим, обобщённым, санитарно-микробиологическим и санитарно-химическим).
Обсуждение. Проведенный сравнительный анализ эффективности двух методов водоподготовки показал значительное преимущество многоступенчатой схемы очистки. Предложенный комплексный подход полностью обеспечил соответствие качества воды нормативным требованиям по предельно-допустимым значениям за счет сочетания ультрафильтрации, сорбции и комбинированного обеззараживания. Метод многоступенчатой схемы очистки обеспечил не только полную микробиологическую и химическую безопасность, но и высокие органолептические показатели воды, повышая общую надежность системы водоснабжения.
Заключение. В работе проведена сравнительная оценка эффективности двух технологий водоподготовки для централизованной системы водоснабжения г. Пензы. На основе методики расчета совокупного риска для здоровья населения было установлено, что исходная вода из Сурского водохранилища обладает высоким уровнем риска. Показано, что существующий метод очистки (коагуляция и хлорирование) снижает риск до средней эффективности, оставляя систему водоснабжения уязвимой. В свою очередь, предложенный многоступенчатый метод (ультрафильтрация, сорбция, УФ-обеззараживание и хлораминирование) продемонстрировал очень высокую эффективность (82 %), снизив совокупный риск до пренебрежимо малого значения. Результаты доказывают преимущество многоступенчатого подхода и могут служить основанием для модернизации систем водоподготовки с целью повышения их надежности и безопасности для населения.
Introduction. Providing safe drinking water to the population is a crucial task for health protection and sustainable development, as its quality directly influences the level of morbidity and mortality. The UN and WHO have stated that insufficient efficiency of water treatment systems contribute to the emergence and spread of infectious diseases, causing up to 1.4 million deaths worldwide each year. At the same time, the issue of comprehensive comparative assessment of water treatment technologies in terms of the overall risk to public health remains underdeveloped, considering both chemical and microbiological hazards. This gap in scientific knowledge necessitates research that focuses not only on meeting water quality standards but also on an integrated assessment of the effects of various technological schemes on human health. In this study, we aim to conduct a comparative assessment of the effectiveness of drinking water treatment technologies used in centralized water supply systems in terms of the overall risk to public health. This will made it possible to choose the best solution for water treatment in practice.
Materials and Methods. The information base for the study consisted of current regulatory documents that establish requirements for drinking water quality and technological processes for its preparation, such as the “Methodology for developing a register of BAT for water supply and sanitation systems”1; Russian and international standards, and guidelines for assessing public health risks, scientific articles and monographs on filtration, coagulation, clarification, sorption, oxidation, and disinfection of water. The assessment of source water quality was conducted according to the main groups of indicators: organoleptic, generalized, sanitary-microbiological, parasitological, as well as sanitary-chemical. Mathematical modeling and statistical data processing methods were used to quantify and compare different water treatment schemes. The calculation was performed in accordance with the approaches described in MR 2.1.4.0289–222.
Based on the classification of water supply sources by water quality, we analyzed the recommended sets of technological operations:
The study was performed using standard methods of laboratory analysis of water quality and specialized software for modeling and risk assessment.
Results. The effectiveness of the current treatment technology (mechanical purification, coagulation, and chlorination) and the proposed multistage scheme (including ultrafiltration, sorption, and combined disinfection) were evaluated. Mathematical modeling of changes in water quality parameters for three scenarios of water treatment was performed. Using special software, a model experiment and an assessment of quality changes were conducted for four groups of parameters (organoleptic, generalized, sanitary-microbiological and parasitological, and sanitary-chemical). According to MR 2.1.4.0289–223, the values of integrated risk and the effectiveness of its reduction as a result of water treatment were calculated. The results were statistically processed. Based on the data on sanitary and hygienic monitoring and calculation of the overall risk to public health, the source water was found to have excesses in several indicators. It was established that the proposed multi-stage method provided more thorough purification and significantly reduced the negative impact on health across all groups of parameters (organoleptic, generalized, sanitary-microbiological and sanitary-chemical).
Discussion. A comparative analysis of the effectiveness of the two water treatment methods revealed a significant advantage of the multi-stage purification process. The proposed integrated approach fully ensured that water quality met the regulatory requirements for maximum permissible values through a combination of ultrafiltration, sorption and combined disinfection. The multi-stage purification scheme ensured not only complete microbiological and chemical safety, but also high organoleptic water parameters, enhancing the overall reliability of the water supply system.
Conclusion. The paper provides a comparative assessment of the effectiveness of two water treatment technologies for the centralized water supply system in Penza. Based on the methodology for calculating the overall risk to public health, it was found that the source water from the Surskoye reservoir had a high risk level. The current purification method (coagulation and chlorination) has been shown to reduce the risk to an average level, leaving the water supply system vulnerable. In contrast, the proposed multi-stage method (ultrafiltration, sorption, UV disinfection, and chloroamination) demonstrated very high efficiency (82%) in reducing the cumulative risk to negligible value. These results support the advantages of a multi-stage approach and can serve as a foundation for upgrading water treatment systems to increase their reliability and safety for the public.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.