До проблеми якості питної води деяких сіл Львівщини та Івано-Франківщини (долина р.Дністер)
Мирослав Спринський, Марія Балучинська, Марія Пелипець
Україна є одним з найменш водозабезпечених регіонів Європи. Проблема питної води є в державі дуже гострою [12]. Господарська діяльність людського суспільства, що посилюється з кожним роком, різко негативно впливає на гідросферу. Цей негативний вплив проявляється, зокрема, у вигляді забруднення поверхневих і підземних вод. До головних джерел хімічного та бактеріологічного забруднення гідросфери належить сучасне сільське господарство, в якому широко застосовуються отрутохімікати та мінеральні добрива. Особливо небезпечними для водних ресурсів є також стічні води і рідкі відходи тваринницьких комплексів, оскільки вони характеризуються високою мінералізацією, підвищеною концентрацією органічних сполук та містять хвороботворні мікроорганізми у великих кількостях [2, 4, 12].
Забруднення підземних вод верхніх продуктивних горизонтів компонентами азотної групи (амонієм, нітритами й, особливо, нітратом) є зараз гострою проблемою в усьому світі. Так, за даними С.Р.Крайнова і В.М.Швеця концентрації нітратів у ґрунтових водах штату Ілінойс досягала (на 1973 р.) – 6 г/л, штату Північна Кароліна – 10 г/л; в колишній НДР в 1973 р. у воді 50 % сільських колодязів концентрація нітратів перевищувала 60 мг/л (при ГДК 45 мг/л); в Молдавії, внаслідок масового застосування добрив, концентрація нітратів в ґрунтових водах складає сотні міліграмів на літр, досягаючи 3 г/л, причому це забруднення швидко поширюється на глибину, й осередки підвищених концентрацій нітратів вже відомі у водах нижньосарматського і верхньокрейдового горизонтів на глибинах 100 – 200 м [2]. Повсюдне зростання кількостей нітратів в ґрунтових водах республіки (на 1991 р.) відмічають і молдавські дослідники [4]. При цьому привертає увагу, що за даними авторів указаної роботи це явище пов'язане з впливом тваринницьких комплексів, а не із застосуванням мінеральних добрив.
Зазначена проблема безперечно є дуже гострою і для України як держави, де величезні площі зайняті сільськогосподарськими угіддями. Хімізація сільського господарства виявляється дуже небезпечною при порушеннях технологічних норм застосування та зберігання хімічних речовин, що було і є, на жаль, характерним для України. Як наслідок в багатьох сільських районах України з інтенсивним використанням азотних добрив, у 50 % колодязів вода містить нітрати та нітрити в кількостях, що перевищують ГДК [12].
З метою оцінки рівня забруднення ґрунтових вод компонентами азотної групи (амонієм, нітритами та нітратами) у серпні та вересні 1997 р. в складі експедиції “Дністер” виконане обстеження води криниць деяких сіл Львівщини та Івано-Франківщини. Досліджено води криниць переважно придністровських сіл, оскільки основною метою експедиції було вивчення якості води р.Дністер та його допливів. В процесі обстеження ми намагались (наскільки це дозволяв план експедиції) випробувати декілька криниць у кожному селі, на різних відстанях від тваринницьких комплексів та від Дністра, в алювіальних та корінних відкладах. Всього було досліджено води 23 криниць 13 сіл (9 сіл – Львівської та 4 села – Івано-Франківської областей), а також води трьох джерел від с.Чайковичі Старосамбірського району Львівської області до с.Нижнів Тлумацького району Івано-Франківської області (таблиці 14:8, 14:9). Нерівномірність відбору проб обумовлена планом експедиції. Найбільше колодязів було обстежено в с.Станківці (Миколаївський район Львівщини) завдяки великій активності місцевого населення.
Безпосередньо на місцях випробувань за допомогою польової гідрохімічної лабораторії визначались колориметричним методом величина рН, концентрації в воді амоній, нітрит- та нітрат-іонів, а також іону заліза (ІІІ), вміст якого в питних водах теж лімітується. Гранично опустимі концентрації (ГДК) перелічених компонентів у питній воді становлять : амоній-йон – 2.0; нітрит-йон – 0.08; нітрат-йон – 45; йон заліза (ІІІ) – 0.3 мг/л. Нормоване значення водневого показника для таких вод – 6.5 – 8.5 (ГОСТ 2874-82).
При інтерпретації результатів аналізів слід врахувати, що компоненти азотної групи належать до групи показників хімічного складу вод, ГДК яких завжди значно більше їх фонових концентрацій у маломінералізованих водах, тоді як залізо входить у групу елементів, ГДК яких близькі до їх фонових вмістів у таких водах, подекуди можуть і перевищувати їх. Тобто залізо у кількостях 0.3 мг/л в ґрунтових водах накопичується внаслідок природних процесів формування їх хімічного складу [2, 13].
Крім цього, необхідно зауважити, що сильні зливи в гірських районах, де формується основний поверхневий стік Дністра, викликали в кінці липня–на початку серпня 1997 р. (безпосередньо перед початком експедиції) значну повінь, найсуттєвіші наслідки якої спостерігались приблизно до впадіння р.Стрий (біля с.Заліски) в Дністер. Спроба оцінити можливий вплив повені на якість води у криницях в долині Дністра буде зроблена нижче, при інтерпретації результатів аналізів конкретних показників у водах.
Значення водневого показника (рН) для вод випробуваних колодязів та джерел змінюється від 6.6 до 8.2 (переважно 6.8 – 7.2), тобто знаходиться в межах нормативних допусків для питних вод (див. таблиці 14:8, 14:9).
Залізо (ІІІ) у водах вивчених криниць та джерел знаходиться в кількостях або менших за ГДК (17 проб), або рівних ГДК (8 проб). Лише при аналізі води з криниці, розташованої на відстані 200 м від Дністра в с.Сусолів Самбірського району Львівської області виявлено 0.5 мг/л заліза. Необхідно зазначити, що саме в районі цього села спостерігались найвідчутніші результати повені : розриті земляні дамби, затоплені заплави і, як наслідок – гниття та розклад органічних сполук у значному масштабі. Як вже відмічалось вище, залізо в ґрунтових водах у визначених кількостях може нагромаджуватись завдяки природним процесам. Крім цього встановлено [2], що для елементів-комплексоутворювачів, одним з яких є залізо, наявність у підземних водах аніонів, з якими вони утворюють стійкі комплексні сполуки, активізує перехід цих елементів із порід і сприяє накопиченню їх у водах. Для заліза такими аніонами є фульвокислоти, які у великих кількостях містяться у ґрунтовому шарі. Цілком ймовірно, що під час повені, коли значно інтенсифікуються процеси інфільтрації і розкладу органічних сполук, вміст заліза в ґрунтових водах зростає. За нашими одночасними визначеннями у воді р.Дністер залізо міститься в таких самих кількостях (менших або рівних ГДК).
Відомо [1], що річкові води містять максимальні концентрації заліза в період повені, коли найінтенсивніше розчиняються залізисті сполуки, що знаходяться у ґрунтовому шарі. Очевидно, це може стосуватись і першого від поверхні водоносного горизонту.
Отже, можна констатувати, що води досліджених криниць та джерел навіть безпосередньо після потужної повені містять залізо у кількостях менших або рівних ГДК для питних вод, тобто в роки і періоди меншої водності слід очікувати, що його концентрації у ґрунтових водах вивченого району будуть однозначно меншими за ГДК.
Амоній-йон у всіх проаналізованих водах колодязів виявлений у кількостях, значно менших за ГДК – від менше 0.1 до 0.7 мг/л, переважно 0.1 – 0.2 мг/л (див. таблицю 14:8). У водах джерел с.Чайковичі (водоносні алювіальні породи) та с.Нижнів (корінні породи) вмісти цього компоненту дещо більші – 1.5 та 1.0 мг/л, відповідно, проте також менші за ГДК (див. таблицю 14:9). Отже, це приблизно відповідає середній концентрації амонію у природних водах, яка вимірюється сотими і десятими долями міліграму на 1 л [13].
За нашими визначеннями цього ж періоду поверхневі води р.Дністер в районі досліджень (від с.Чайковичі до с.Нижнів) та р.Верещиці (в долині якої випробувано криниці в с.Грабино та смт Комарно) також містять амоній-йон в кількостях від менше 0.1 до 0.4 мг/л, тобто менших за ГДК для питних вод.
Кількість нітритів у водах випробуваних джерел у 4 – 8 разів менша за ГДК (див. таблицю 14:9). Приблизно такі самі вмісти цього компоненту (від “не виявлено” до 0.05 мг/л) характерні і для вод колодязів в смт Комарно Городоцького району Львівщини та в селах, розташованих нижче по Дністру (Станківці, Тенетники, Довге, Нижнів, смт Єзупіль). Разом з тим вміст нітритів у водах колодязів, випробуваних у першій половині маpшуту експедиції, значно більший і часто перевищує ГДК. Це стосується низки сіл Львівщини : Чайковичі, Подільці Самбірського, Повергів, Монастирець, Грабино Городоцького, Колодруби Миколаївського районів (див. таблицю 14:8). На тій ділянці води лише трьох колодязів містять нітрити у кількості 0.05 мг/л, тобто менше ГДК. Цікаво, що 2 з них досить віддалені (більше 1 км) від сільськогосподарських ферм (сс.Чайковичі та Сусолів), а один – в с.Монастирець – розташований поблизу ферми (200 м). Привертає увагу вода криниці в с.Повергів, розташованої на значній віддалі від ферми, 400 м від Дністра, яка містить 7.5 мг/л нітритів (що майже в 100 разів більше ГДК !) Разом з тим при випробуванні у тому ж селі іншої криниці, розташованої далі від Дністра, але зовсім поруч з фермою (біля 100 м), було встановлено такий вміст нітритів у воді, що незначно перевищує ГДК – 0.10 мг/л.
Поверхневі води рр.Дністер та Верещиця (в районі досліджень) містять нітрит-іони у кількостях в основному від менше 0.01 до 0.05 мг/л. Підвищені вмісти цього компоненту зафіксовано у воді р.Дністер після впадіння рр.Тисмениця і Бистриця – 0.5 мг/л; та вище гирла р.Золота Липа – 0.10 мг/л.
Слід зауважити, що нітрит-іон практично ніколи не буває природним компонентом хімічного складу вод, і тільки у водах поблизу населених пунктів цей іон міститься часто, проте його кількість, як правило, вимірюється тисячними і сотими долями міліграму на літр і рідко перевищує кілька десятих міліграму на літр. Крім інших чинників, присутність нітрит-іону у природних водах зумовлюється фекальними забрудненнями [4]. Очевидно, локальним забрудненням саме такого типу можна пояснити аномально високу концентрацію цього компоненту у воді криниці с.Повергів.
Спробу встановити причини, що викликали наявність фонових підвищених вмістів нітритів у ґрунтових водах дослідженого району, буде зроблено нижче.
Вміст нітрат-іону у водах випробуваних джерел становить від 14.8 до 23.4 мг/л, тобто не перевищує ГДК для питних вод. Поверхневі води вивченого району (Дністра та його допливів) містять нітрати в ще менших кількостях – від 0.3 до 5.8 мг/л. Виключенням є, звичайно, стоки промислових підприємств, що скидаються в р.Дністер та його допливи, а також сам Дністер після м.Новий Розділ. Проте навіть ці стоки містять нітрати в концентраціях значно менших ГДК для питних вод – від 16.9 до 24.8 мг/л. Зовсім інша картина спостерігалась для вод колодязів дослідженого району. Концентрація нітратів у водах 16 з 23 випробуваних криниць перевищує ГДК в 1.1 – 9 разів і становить від 48.8 до 408 мг/л (див. таблицю 14:8).
Найменший вміст нітратів зафіксовано у воді криниці смт Комарно – 9.6 мг/л. В інших досліджених колодязях концентрації нітратів якщо і менші ГДК, проте сягають значних величин – 25.1 – 36.1 мг/л. Таким чином, в результаті проведеного обстеження встановлено, що ґрунтові води долини р.Дністер в межах Львівщини та Івано-Франківщини значно забруднені нітратами і, меншою мірою, нітритами.
Зафіксоване забруднення є особливо небезпечним, тому що випробувались саме криниці, тобто вода, яку люди вживають день у день абсолютно для всіх своїх потреб. Встановлено [2], що нітрати вкрай негативно діють на організм людини – впливають на генетичні механізми, викликають сердцево-судинні захворювання, порушують обмін речовин тощо. За [14] вмісти нітратів в питних водах понад 50 мг/л викликають захворювання крові дітей та молодняка тварин, а постійна інтоксикація цим компонентом навіть у невеликих дозах веде до порушення обміну речовин. Крім того, оскільки нітрати є обов'язковим компонентом комунально-побутових та тваринницьких стоків, вони є опосередкованим показником бактеріального забруднення ґрунтових вод [12, 13].
Як бачимо, зазначена проблема є дуже серйозною. Розглянемо коротко фактори і процеси, що спричинились до наявного забруднення ґрунтових вод, а відтак спробуємо намітити можливі шляхи подолання чи хоча би пом'якшення сучасної ситуації та запобігання подальшому її погіршенню.
Нітрати можуть потрапляти до ґрунтових вод, по-перше, у “готовому” вигляді, коли при застосуванні мінеральних добрив, що містять нітрати, вони інфільтруються з атмосферними опадами у підземні води. Інший варіант – це окислення амоній-іону до нітрату вже у воді, або на шляху до неї [12, 13]. Максимальні концентрації амоній-іонів у ґрунтових водах зумовлені надходженням комунально-побутових та тваринницьких стоків, а також вод з сільськогосподарських угідь при використанні аміачних добрив. Оскільки в зоні інтенсивного водообміну, до якої належать ґрунтові води, переважають окисні умови, то амоній-іон окислюється до нітриту :
2NH4+ + 3O2 ( 2NO2- + 2H2O + 4H+
який є нестійким і, у свою чергу, перетворюється на нітрат-іон :
2NO2- + O2 ( 2NO3-
Таким чином, амоній і нітрит-іони є перехідними, нестійкими в окисному середовищі компонентами азотної групи. Наявність їх у природних водах свідчить про свіже забруднення. Нітрати є кінцевою формою розглянутих перетворень, і присутність їх в природних водах може свідчити про старе тривале забруднення [1, 3]. Нітрат-іон є дуже стійким в окисних умовах, досить добре мігрує у водах, погано сорбується ґрунтами і породами, тому, проникнувши нижче ґрунтового шару, він поступово наґромаджується у водах верхніх водоносних гроизонтів. Підвищені концентрації нітратів можуть зберігатись у підземних водах протягом тривалого часу. Дослідження з використанням трітію (в Англії) показали, що вік сучасних ґрунтових нітратних вод становить 10 – 20 років [2]. Тільки якщо такі води потрапляють у відновні умови, нітрати можуть перетворюватись на азот :
2NO3- + 3C => N2 + 3CO2
Азот – інертний по відношенню до живих організмів ґаз, тобто цей процес можна вважати очищенням води [3]. Але в природних умовах ґрунтові води потрапляють у відновне середовище дуже рідко (наприклад, під великими міськими звалищами), тому годі сподіватись на швидке самоочищення вод, забруднених нітратами, у регіональному плані, і велика увага повинна приділятись запобіганню такому забрудненню.
Малюнок 14:2. Залежність вмісту нітратів у ґрунтових водах від глибини залягання рівня
В межах дослідженого району кількість нітратів у ґрунтових водах дещо зменшується з глибиною залягання (малюнок 14:2) та з переходом від алювіальних водоносних горизонтів, в яких вміст нітратів становить від 33.0 до 408.0 (в середньому 144.4) мг/л, до корінних – 48.8 – 154.2 (89.2) мг/л (див. таблицю 14:8). Це можна пояснити кращою захищеністю корінних порід від поверхневого забруднення та більшими потужностями відповідних водоносних горизонтів, які створюють сприятливі умови для розбавлення збагачених нітратами інфільтраційних вод, а в деяких випадках – просто глибшим їх заляганням. Про вплив цих факторів свідчать і значно менші концентрації нітратів у водах джерел – 14.8 – 23.7 мг/л. Подібна ситуація зафіксована і на території Молдови. Під час проведення спільної українсько-молдавської експедиції “Tiras-96” було встановлено, що вода криниці біля дороги у верхній частині с.Котово містить нітратів значно більше 50 мг/л, а вода джерела, що дає початок р.Кейнар (басейн р.Реут), розташованого гіпсометрично на 70 м нижче і витікає з неогенових вапняків, – 15 мг/л. Таким чином, більша глибина залягання і захищеність водоносних горизонтів є природними стримуючими факторами поширення нітратного забруднення підземних вод, проте вплив негативних поверхневих факторів є значно вагомішим.
При аналізі впливу тваринницьких ферм на кількість нітратів у ґрунтових водах було встановлено, що води майже всіх криниць, розташованих поблизу ферм, містять значно більше нітратів, ніж води таких, розташованих на більшій відстані. Це відмічалось (для відповідних пар криниць) у селах Чайковичі, Повергів, Монастирець, Колодруби (див. таблицю 14:8). Особливо вражаючі результати отримано в с.Монастирець. Ґрунтові води, випробувані на правому березі р.Дністер, де розташована ферма, містять нітратів 305.5 і 408.0 мг/л – відповідно, в 6.8 та 9 разів більше за ГДК, на лівому – 36.1 мг/л. Як видно з прикладу с.Чайковичі, впливові скидів тваринницької ферми не можуть протистояти природні фактори : не зважаючи на те, що колодязь біля ферми відкриває води корінних порід, і глибина рівня дорівнює 5 м, його води містять в 2 рази більше нітратів, ніж води алювіальних відкладів, рівень яких встановився на глибині всього 1.5 м на значній відстані від тієї ж ферми.
Дещо інша ситуація спостерігається у с.Станківці. Тут вода колодязя, розташованого вище ферми, містить більше нітратів, ніж вода з нижчого. Це вказує на те, що вагомішу роль у відповідному забрудненні перебирає на себе інший фактор, а саме – використання амонійних і нітратних добрив. Справді, с.Станківці розташоване поблизу м.Новий Розділ з його відомим комбінатом хімічних добрив. Зі слів мешканців села, продукція цього комбінату широко застосовується в цьому районі (на відміну від деяких інших, де в зв'язку з економічною скрутою тепер більшою мірою застосовуються органічні добрива), причому ні про яке нормативне зберігання і використання не йдеться. Використовують добрива – хто скільки дістане, зберігають – просто неба на відкритому ґрунті, тобто для потужної інфільтрації амонію, нітратів, інших неорганічних забрудників у ґрунтові води створено сприятливі умови. З наближенням до Дністра кількість нітратів у водах дещо зменшується (з 48.8 – 102.5 мг/л на відстані 1000 – 900 м від ріки до 25.1 – 35.1 мг/л на відстані 700 – 500 м). Це може свідчити про те, що забруднення відбувається на якійсь локальній ділянці (або ділянках), віддаленій від Дністра, а, потім, на шляху до області розвантаження, забруднені води розбавляються і дещо очищуються.
Наші дослідження дозволили зробити ще один цікавий і обнадійливий висновок щодо джерел надходження нітратів у підземні води, а саме : крім стоків тваринницьких ферм і застосування неорганічних добрив, дуже велике значення має стан приватних подвір’їв. Вище вже наводився приклад подвір’я в с.Повергів, де при обстеженні криниці було зафіксовано величезну кількість нітритів у воді 7.5 мг/л при загальному фоні біля 0.1 мг/л. Забруднення явно дуже локальне. Те саме можна припустити і в с.Нижнів, де на фоні концентрацій нітратів в ґрунтових водах навколишних сіл на рівні ГДК, в воді криниці одного з подвір’їв зафіксовано їх 203.6 мг/л. Причому це господарство привертало увагу тим, що гноївка нагромаджувалась прямо на подвір’ї, без усякої локалізації, в безпосередній близькості від самої криниці. Цілком можливо, що і тут господарі самі себе отруюють компонентами азотної групи, які вони вживають щодня з питною водою. Такі випадки ми вважаємо не найгіршими, оскільки тут джерела забруднення можна досить легко локалізувати і знешкодити, справа тільки в тому, щоб довести необхідність цього до свідомості кожного господаря.
Отже, встановлено три основні шляхи нагромадження нітратів у підземних водах вивченого району. Це стоки тваринницьких ферм, застосування неорганічних (амонійних і нітратних) добрив, особливо при порушенні нормативів їх використання і зберігання, а також локальні випадки неправильного зберігання відходів приватними господарствами. Останній фактор, хоча і є найвпливовішим на якість води в окремих криницях, проте й усунути його найлегше. Ті самі фактори можуть зумовлювати й дещо підвищені фонові вмісти нітритів у ґрунтових водах. Причому й у цьому випадку, оскільки йдеться саме про випробування криниць, найсуттєвішим є третій фактор.
Крім шкоди здоров'ю людей, які безпосередньо вживають некондиційну воду, при виявлених кількостях нітратів у ґрунтових водах створюється реальна небезпека забруднення поверхневих вод долини р.Дністер, які значною мірою живляться за рахунок підземних. Як зазначалось вище, нітрати містяться у водах Дністра та його допливів у невеликих кількостях – 0.3 – 5.8 мг/л. Але слід зауважити, що поверхневі і ґрунтові води досліджувались безпосередньо після потужної повені, коли значно підвищились рівні вод, що сприяло їх розбавленню, тобто в звичайних умовах концентрації нітратів у поверхневих і ґрунтових водах сягають більших значень. Вмісти нітратів і нітритів в поверхневих водах максимальні взимку, перед початком весняної повені, в теплу пору року їх у воді значно менше, оскільки ці компоненти активано вживаються фітопланктоном [1]. Таким чином, небезпека забруднення вод Дністра та його допливів нітратами з ґрунтових вод є цілком вірогідною, особливо, протягом маловодних періодів, коли живлення річок ґрунтовими водами інтенсифікується.
З викладеного вище можна зробити такі висновки :
1. Ґрунтові води, відкриті криницями низки сіл долини верхнього Дністра, за значеннями водневого показника рН, вмістами заліза (ІІІ) та амоній-іону відповідають нормативам для питних вод.
2. При випробуваннях вод колодязів деяких сіл Львівщини (Подільці Самбірського, Повергів, Монастирець, Грабино – Городоцького, Колодруби – Миколаївського районів) зафіксовано наявність нітрит-іонів у кількостях, більших ГДК (в 1.3 – 6 разів). Це може бути викликано як надмірним вживанням органічних та неорганічних (амонійних) добрив та нерегульованими стоками тваринницьких ферм, так і локальними фекальними забрудненнями.
3. Ґрунтові води долини р.Дністер в межах Львівщини та Івано-Франківщини значно забруднені нітратами, концентрації яких становлять 9.6 – 408.0 мг/л і перевищують ГДК для питних вод в 16 з 23 випробуваних колодязів (в 1.1 – 9 разів). Вмісти нітрат-іонів у ґрунтових водах дещо зменшуються з заглибленням рівнів вод та в напрямі їх руху. Менші концентрації цього компоненту характерні також для водоносних горизонтів корінних порід і для вод джерел порівняно з колодязями.
4. Всі основні відомі джерела нітратів у підземних водах відіграють свою роль і в нагромадженні їх у ґрунтових водах дослідженого району. Так, забруднення вод нітратами за рахунок стоків тваринницьких ферм відбивається у зменшенні вмістів цього компоненту в ґрунтових водах з віддаленням від ферм. Але ця залежність порушується при накладанні другого фактору – надмірного використання і безконтрольного зберігання неорганічних добрив, як видно з прикладу сіл поблизу м.Новий Розділ. Суттєвим, особливо стосовно вод колодязів, є і третій фактор – локальне забруднення вод окремими приватними господарствами (ненормативне зберігання органічних добрив, побутові стоки тощо). Втім, цей фактор може бути й усунутий найлегше через свою локальність.
5. Для запобігання подальшому накопиченню нітратів у ґрунтових водах, і тим створення умов для поступового самоочищення вод необхідно :
– широко інформувати громадськість, насамперед сільське населення, про сучасний рівень забруднення вод нітратами і про пов'язану з тим небезпеку;
– зобов’язувати населення сіл до проведення доступних найпростіших заходів щодо локалізації і ліквідації джерел забруднення (зокрема, до раціонального особистого господарювання);
– активізувати відповідальні державні установи щодо посилення контролю за станом якості підземних вод у сільськогосподарських районах, вимагати регулювання та регламентації стоків-забрудників та використання органічних і неорганічних добрив;
– взяти курс на створення і широкого застосування таких добрив, які б максимально засвоювались рослинами і не забруднювали б ґрунтові води.