QUALITY OF DRINKING WATER AND EPIDEMIC RISK OF WATER-BORN INFECTIONS IN TOWNS OF THE ARKHANGELSK REGION

Full Text

Нарушение микробиологической безопасности инфекционной заболеваемости с водным фактором питьевой воды при выборе водоисточника, в процессе передачи возбудителя [9]. водоподготовки или при транспортировке в распреде- Многие отечественные исследования микробио-лительной сети может привести к ее загрязнению и логического качества и безопасности питьевой воды возникновению как крупномасштабных вспышек ин- основаны на определении удельного веса нестандартных фекционных заболеваний, так и роста спорадической проб микробиологических показателей, таких как общее 15 Окружающая среда Экология человека 2019.05 микробное число, содержание колиформных бактерий и колифагов [2, 8]. Однако мониторинг только фекальных индикаторных организмов в питьевой воде является недостаточным из-за слабой связи этих показателей и появления в образцах окружающей среды патогенов, опасных для человека, особенно вирусов [14]. При оценке микробиологической безопасности питьевой воды необходимо учитывать и другие имеющие непосредственное отношение к водному пути передачи возбудителя факторы, такие как условия хозяйственнобытового водоснабжения и коммунального благоустройства населенных мест, качество воды в рекреационных водоемах и водоисточниках [3, 4]. Именно эти факторы наряду с показателями, характеризующими качество питьевой воды, положены в основу принятых в России методов оценки микробного риска от питьевой воды [6]. Анализ микробного риска как комплексный научный подход, основанный на количественной оценке уровня влияния связанных с микробным воздействием факторов, широко применяется в зарубежных исследованиях [16, 18]. Его результаты используются для принятия управленческих решений с целью предупреждения возникновения инфекционной заболеваемости, улучшения качества питьевого водоснабжения, совершенствования методов водоподготовки [5, 13, 15]. Цель исследования - провести оценку качества питьевой воды по микробиологическим показателям и степени эпидемической опасности возникновения кишечных инфекций с водным путем передачи возбудителя в городах Архангельской области. Методы Выполнена санитарно-гигиеническая оценка качества централизованного питьевого водоснабжения в городах Архангельске, Северодвинске, Новодвинске, Котласе и Коряжме. На всех описываемых территориях источником водоснабжения служат река Северная Двина или ее притоки, за исключением Северодвинска, где в качестве водоисточника используется река Солза. Рассмотрена база данных исследований питьевой воды ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Архангельской области» по микробиологическим показателям за 2006-2016 годы в двух точках отбора (второй подъем и сеть). Анализ качества воды проведен по показателям: общего микробного числа (ОМЧ, норматив не более 50 колониеобразующих единиц (КОЕ) в 1,0 мл), содержания общих колиформных бактерий (ОКБ, отсутствие в 100 мл), термотолерантных колиформных бактерий (ТКБ, отсутствие в 100 мл) и колифагов (отсутствие в 100 мл) [10]. Для описания содержания исследуемых показателей в воде использованы удельный вес нестандартных проб (НСТ, %), 95-й процентиль (P95) и максимальное Таблица 1 Качество централизованного питьевого водоснабжения по микробиологическим показателям в городах Архангельской области за 2006-2016 годы Второй подъем Сеть Город Количество проб Количество п роб Нор- Всего Из них НСТ % НСТ Р95 Xmax Всего Из них НСТ % НСТ Р95 Xmax матив ОМЧ Архангельск 949 6 0,6 8 1000 10 771 116 1,1 30 300 50 Северодвинск 256 0 0,0 0 0 351 0 0,0 0 0 50 Котлас 216 0 0,0 1 2 198 1 0,5 2 210 50 Коряжма 133 0 0,0 0 4 132 0 0,0 0 0 50 Новодвинск 167 0 0,0 1 2 292 1 0,3 4,8 84 50 ТКБ Архангельск 946 28 3,0 0 240 10 759 427 4,0 3 240 0 Северодвинск 256 0 0,0 0 0 352 1 0,0 0 0,0 0 Котлас 218 2 1,0 0 3 197 6 3,1 0 108 0 Коряжма 132 0 0,0 0 0 132 2 2,0 0 180 0 Новодвинск 166 1 1,0 0 20 290 3 1,0 0 0,9 0 ОКБ Архангельск 951 55 6,0 0,4 240 10 765 674 7,0 24 240 0 Северодвинск 256 0 0,0 0 0 352 1 0,0 0 0,0 0 Котлас 217 2 1,0 0 3 197 6 3,1 0 108 0 Коряжма 133 0 0,0 0 0 132 4 3,0 0 180 0 Новодвинск 166 1 1,0 0 20 290 4 1,4 0 110 0 Колифаги Архангельск 804 55 6,8 1,1 16,1 1 382 86 6,2 1,4 16,1 0 Северодвинск 254 0 0,0 0 0 337 0 0,0 0 0 0 Котлас 213 3 1,4 0 6 153 0 0,0 0 0 0 Коряжма 132 7 5,3 0 16,1 129 9 7,0 2,2 16,1 0 Новодвинск 125 0 0,0 0 0 155 0 0,0 0 0 0 Примечание. % НСТ - удельный вес нестандартных проб. 16 Экология человека 2019.05 Окружающая среда значение показателя (X ). Статистический анализ данных выполнен с использованием программного обеспечения STATA 12.0. Оценка риска влияния условий хозяйственно-питьевого водоснабжения на степень эпидемической опасности возникновения кишечных инфекций в городах Архангельской области выполнена за 2006- 2016 годы в соответствии с методологией, изложенной в [6]. При определении степени микробного риска использованы балльный метод и метод расчета риска с применением математических моделей. Результаты Во всех исследуемых городах качество питьевой воды по микробиологическим показателям в водопроводной сети было ниже, чем на втором подъеме (табл. 1). В сети удельный вес НСТ питьевой воды по величине ОМЧ в Архангельске, Котласе и Новодвинске варьировал от 0,3 до 1,1 %, а содержание показателя на уровне Р95 колебалось от 2 до 30 КОЕ в 100 мл. На втором подъеме пробы питьевой воды по показателю ОМЧ, не отвечающие гигиеническим нормативам, были установлены только в Архангельске (0,6 %). Отклонения от гигиенического норматива по содержанию ТКБ и ОКБ в воде водопроводной сети регистрировались во всех городах, удельный вес НСТ колебался от 1,0 до 7,0 %. На втором подъеме непосредственно после водоподготовки отклонения от норматива по содержанию ТКБ отмечались в Архангельске, Котласе и Новодвинске, удельный вес НСТ составил от 1,0 до 3,0 %. Доля НСТ по содержанию ОКБ на втором подъеме в этих городах находилась в диапазоне от 1,0 до 6,0 %. В воде водопроводной сети Архангельска на уровне Р95 содержание ТКБ и ОКБ превышало гигиенический норматив в 3 и 24 раза соответственно. На втором подъеме удельный вес НСТ по содержанию колифагов в питьевой воде Котласа, Коряжмы и Архангельска находился в пределах от 1,4 до 6,8 %. В водопроводной сети Архангельска и Коряжмы аналогичный показатель составлял 6,2 и 7,0 % соответственно. Установили превышение гигиенического норматива по содержанию колифагов на уровне Р95 на втором подъеме в Архангельске в 1,1 раза, в сети - в городах Архангельске и Коряжме в 1,4 и 2,2 раза соответственно. Медианные значения микробиологических показателей питьевой воды на всех исследуемых территориях были равны нулю. По результатам выполненной балльным методом оценки эпидемической опасности, связанной с условиями централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, установили, что к территориям со средним микробным риском относятся города Архангельск (56 баллов), Котлас (37 баллов), Новодвинск (30 баллов) и Коряжма (19 баллов) (табл. 2). В Северодвинске микробиологическое качество питьевой воды формировало низкий микробный риск (5 баллов). По данным оценки микробного риска, рассчитанного балльным методом, качество воды на втором подъеме не соответствовало критериям эпидемио Оценка влияния санитарно-эпидемической опасности, связанной хозяйственно-питьевого водоснабжения, за 2006- Таблица 2 с условиями централизованного 2016 годы, баллы Архангельск Северодвинск Новодвинск Котлас Коряжма Показатель Xi Балл % от ОСБ Xi Балл % от ОСБ Xi Балл % от ОСБ Xi Балл % от ОСБ Xi Балл % от ОСБ Процент проб в точке второго подъема, в которых обнаружены ОКБ 6 9 16 0 0 0 1 6 20 1 6 16 0 0 0 Процент проб в точке второго подъема, в которых обнаружены ТКБ 3 10 18 0 0 0 1 8 27 1 8 22 0 0 0 Процент проб в сети, в которых обнаружены ОКБ 7 5 9 0 1 20 1 1 3 3 1 3 3 1 5 Процент проб в сети, в которых обнаружены ТКБ 4 10 18 0 0 0 1 7 23 3 10 27 2 10 53 Процент проб в сети, в которых обнаружены 2 КОЕ/100 мл и более 2 4 7 0 0 0 1 4 13 3 4 11 2 4 21 Процент проб в точке второго подъема, в которых ОМЧ превышает 20 КОЕ/100 мл и более 1 5 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Процент проб в сети, в которых ОМЧ превышает 50 КОЕ/100 мл и более 0 1 2 0 1 20 0 1 3 1 1 3 0 1 5 Процент проб в точке второго подъема, в которых обнаружены сульфидредуцирующие клостридии 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Процент проб в сети, в которых обнаружена условно-патогенная флора 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Численность населения, обеспеченная централизованным водоснабжением, % 100 1 2 100 1 20 100 1 3 100 1 3 90 1 5 Среднесуточное водопотребление на одного жителя за 2016 год, литры 226 1 2 252 1 20 276 1 3 271 1 3 263 1 5 Процент нерегулярных дней подачи воды за 2016 год 62 10 18 0 1 20 0 1 3 16 5 14 0 1 5 Общая сумма баллов 56 100 5 100 30 100 37 100 19 100 Степень риска Средний Низкий Средний Средний Средний Примечание. Xi - значение показателя; % от ОСБ - процент от общей суммы баллов. 17 Окружающая среда Экология человека 2019.05 риска на основе математической модели, выявила, что в Архангельске, Новодвинске, Котласе и Коряжме уровень микробного риска на 40-60 % формируется за счет микробиологических показателей, характеризующих качество воды в распределительной сети. Обсуждение результатов Неудовлетворительные показатели микробиологического качества питьевого водоснабжения в городах Архангельской области за 11-летний период наблюдения регистрировались на втором подъеме и в сети, однако качество воды в распределительной сети оказалось ниже, чем на втором подъеме. Была установлена средняя степень риска возникновения кишечных инфекций для населения Архангельска, Котласа, Новодвинска и Коряжмы. Наибольший вклад в степень эпидемической опасности от условий централизованного питьевого водоснабжения городов Архангельской области вносят такие показатели, как удельный вес НСТ по содержанию ОКБ и ТКБ в питьевой воде непосредственно сразу после водоподготовки, а также их обнаружение в воде распределительной сети. Аналогичные результаты получены при проведении анализа качества питьевого водоснабжения в г. Вологде. За период наблюдения с 2005 по 2010 год среднее значение ОКБ и ТКБ на втором подъеме не превышало гигиенический норматив, а в распределительной сети средние концентрации ТКБ и ОКБ превышали нормируемое значение в 5,5 и 4,5 раза. Процент неудовлетворительных по микробиологическим показателям проб в распределительной сети Вологды составил от 3 до 13 [7]. Таблица 3 Оценка микробиологического риска, связанного с условиями централизованного водоснабжения, с применением математической модели расчета показателей за 2006-2016 годы Показатель Vi Архангельск Северодвинск Новодвинск Котлас Коряжма Xi Pi %* Xi Pi %* Xi Pi %* Xi Pi %* Xi Pi %* Процент проб в точке второго подъема, в которых обнаружены ОКБ 0,9 6 1 27 0 0,20 0 1 0,50 55 1 0,50 30 0,00 0,00 0 Процент проб в сети, в которых обнаружены ОКБ 0,7 7 0,5 10 0 0,00 0 1 0,07 6 3 0,20 10 3,00 0,20 15 Средний индекс ОКБ в сети, КОЕ/100 мл 0,7 3 0,00 21 0 0,00 0 0,31 0,02 2 0,87 0,06 3 1,8 0,12 9 Процент проб в сети, в которых обнаружены 2 КОЕ/100 мл и более 0,8 2 0,4 10 0 0,00 0 0,69 0,14 32 4 0,71 33 2,00 0,40 35 Среднее число микроорганизмов в 1 мл воды в сети, КОЕ/1 мл 0,5 2,5 0,06 1 0,02 0,00 1 0,84 0,02 1 1,6 0,04 1 0 0,00 0 Обнаружение патогенных бактерий, % 2 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 Обнаружение условно-патогенных бактерий, % 1,5 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 Численность населения, обеспеченная централизованным водоснабжением, % 0,7 100 0,05 1 100 0,05 99 100 0,05 4 100 0,05 2 89,6 0,52 41 Среднесуточное водопотребление на одного жителя за 2016 год, литры 0,8 226 0,00 0 252 0,00 0 276 0,00 0 271 0,00 0 271 0,00 0 Процент нерегулярных дней подачи воды за 2016 год 1 62 1,00 30 0 0,00 0 0 0,00 0 16 0,32 21 0 0,00 0 Ai = 3,1 Ai = 0,04 Ai = 0,87 Ai = 1,49 Ai = 0,91 ,6 9, = £ R,ac = 0,34 Средний риск R,ac = 0,00 Низкий риск Rbc = 0,07 Низкий риск RIac = 0,16 Низкий риск Rfac = 0,09 Низкий риск Примечания: Xi - значение показателя; Pi - аналитическая зависимость определения приведенного значения для каждого относительного показателя; W - сумма весовых коэффициентов Vi; Ai - взвешенный индекс микробного риска ZVi х Pi; Rfac - интегральный показатель микробного риска Ai/W; * - % от Ai - удельный вес взвешенного индекса микробного риска каждого показателя от суммы индексов. логической безопасности в городах Новодвинске, Архангельске и Котласе и обуславливало средний уровень риска. Вклад показателей, оцениваемых на втором подъеме, в общее количество баллов составил в Новодвинске, Архангельске и Котласе 47, 43 и 38 % соответственно. В Северодвинске и Коряжме сумма баллов для показателей, оцениваемых на втором подъеме, была равна нулю. Удельный вес показателей, характеризующих качество воды в распределительной сети, в общую сумму баллов был наибольшим в Коряжме (84 %). Наибольший вклад в уровень микробного риска в Новодвинске, Котласе и Архангельске вносят НСТ по содержанию ТКБ на втором подъеме (27, 22 и 18 % соответственно), по содержанию ОКБ на втором подъеме (20, 16 и 16 % соответственно) и НСТ питьевой воды в распределительной сети по содержанию ТКБ (23, 27 и 18 % соответственно). В Коряжме средний уровень микробного риска был обусловлен преимущественно НСТ питьевой воды в распределительной сети по содержанию ТКБ и ОКБ более чем 2 НВЧ/100 мл (53 и 21 % соответственно). В Архангельске и Котласе вклад нерегулярной подачи воды в уровень микробного риска составил 18 и 14 % соответственно. По результатам оценки микробного риска с помощью математической модели Архангельск относился к территории среднего риска Rfac = 0,34, города Котлас, Коряжма, Новодвинск и Северодвинск - к территориям с низким микробным риском (Rfac = 0,16; 0,09; 0,09 и 0,00 соответственно) (табл. 3). Оценка вклада показателей, учитываемых при оценке микробного 18 Экология человека 2019.05 Окружающая среда По результатам анализа загрязнения питьевой воды г. Азова за 2006-2010 годы, в питьевой воде кроме ОКБ (25,7 %) и ТКБ (8,6 %) были обнаружены условно-патогенные микроорганизмы в 26,9 % проб (клебсиеллы и синегнойные палочки). В 2008 году были выделены сальмонеллы в 10 % проб воды и в одной пробе Shigella flexneri 2a. Степень потенциальной эпидемической опасности централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Азова оценивалась как высокая (78 баллов) [1]. Микробные индикаторы в случае их обнаружения в питьевой воде указывали на потенциальное присутствие кишечных патогенов [11, 13]. Результаты молекулярно-генетических исследований водопроводной воды в Архангельске свидетельствовали о циркуляции в ней возбудителей острых кишечных инфекций, таких как ротавирусы, норовирусы, астровирусы и сальмонеллы. При проведении настоящего исследования в городах Котласе, Коряжме и Новодвинске были выявлены расхождения в полученных результатах выполненной на основе балльного метода и метода математической модели интегральной оценки эпидемической опасности, связанной с условиями централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Различия в степени риска обусловлены разным набором показателей, характеризующих качество питьевой воды. Метод балльной оценки учитывает процент НСТ по содержанию ТКБ на втором подъеме и в распределительной сети. Результаты оценки микробного риска показали, что наличие НСТ по содержанию в воде ТКБ в Новодвинске, Коряжме и Котласе обуславливает до 50 % уровня риска, в Архангельске - до 36 %. Метод математической модели не учитывает наличие ТКБ в питьевой воде. Ведущим фактором риска, который используется в методе математической модели, является содержание ОКБ на втором подъеме и в распределительной сети. При выявлении источников фекального загрязнения ОКБ является наиболее чувствительным показателем, включающим термотолерантные кишечные палочки и Е. coli. Однако в зарубежной литературе они рассматривается как ненадежный показатель фекального загрязнения, поскольку многие из бактерий способны расти как в окружающей среде, так и внутри водопроводных систем распределения питьевой воды [16, 17]. В исследовании, проведенном во Франции, с участием 23 лабораторий выделили более 1 000 штаммов колиформ из разных типов воды. Обнаружили, что 61 % обследованных штаммов были нефекальными по происхождению [12]. Термотолерантные колиформные бактерии устойчивы в окружающей среде и могут свидетельствовать о загрязнении ее продуктами жизнедеятельности человека. Изучение характеристик фекалий человека и животных показывает, что E. coli представляет более 94 % термотолерантных колиформ, выделенных непосредственно из фекалий человека [17]. По нашему мнению, ТКБ являются более надежным показателем микробиологического загрязнения питьевой воды, так как их наличие может свидетельствовать о вероятном присутствии фекального загрязнения. В этой связи в настоящем исследовании метод балльной оценки условий хозяйственно-питьевого водоснабжения, включающий анализ содержания в питьевой воде ТКБ, является более полным по сравнению с методом математических моделей. Качество питьевой воды по микробиологическим показателям является неудовлетворительным в городах, где водоисточником централизованного питьевого водоснабжения является река Северная Двина (города Архангельск и Новодвинск) и ее бассейн (р. Лименда в Котласе и р. Вычегда в Коряжме). В Архангельске, Новодвинске, Котласе и Коряжме установлен средний уровень риска возникновения кишечных инфекций, передаваемых водным путем, связанный с качеством и условиями централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Достигнутый уровень эпидемической опасности обусловлен недостаточной эффективностью процесса водоподготовки, вторичным загрязнением воды при ее транспортировке по распределительной сети и нерегулярностью подачи воды населению. Авторство Байдакова Е. В. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных, подготовила первый вариант статьи; Унгуряну Т. Н. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, существенно переработала статью на предмет важного интеллектуального содержания, окончательно утвердила присланную в редакцию рукопись; Крутская К. В. внесла существенный вклад в концепцию и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретацию данных; Миненко И. А. внесла вклад в анализ и интерпретацию данных.

About the authors

E V Baydakova

Agency of Consumer Protection, Arkhangelsk Branch; Northern State Medical University

Email: elenabaydakova@yandex.ru
SPIN-code: 3398-3669

T N Unguryanu

Agency of Consumer Protection, Arkhangelsk Branch; Northern State Medical University

SPIN-code: 7358-1674

K V Krutskaya

Center for Hygiene and Epidemiology in the Arkhangelsk Region

SPIN-code: 2117-1318

I A Minenko

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University

SPIN-code: 5105-8330

References

Supplementary files