Вода - важнейший элемент окружающей среды, оказывающий существенное влияние на здоровье и деятельность человека, это основа зарождения и поддержания всего живого. Известный французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери сказал о природной воде: "Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь, ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами... Ты самое большое богатство на свете...".
6.1. ГИДРОСФЕРА, ЕЕ ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Нашу планету с полным основанием можно назвать водной, или гидропланетой. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза превышает территорию суши, океанические воды покрывают почти 3 / 4 поверхности Земного шара слоем толщиной около 4 км. На протяжении всей истории существования нашей планеты вода воздействовала на все, из чего слагался Земной шар. И в первую очередь явилась тем основным строительным материалом и средой, которые способствовали появлению и развитию жизни.
Вода - единственное вещество, которое встречается одновременно в трех агрегатных состояниях; при замерзании вода не сжимается, а расширяется почти на 10 %; наибольшей плотностью вода обладает при температуре 4 °С, дальнейшее охлаждение, наоборот, способствует уменьшению плотности, благодаря этой аномалии водоемы не промерзают зимой до дна и в них не прекращается жизнь.
При температуре больше 38 °С часть молекул воды разрушается, повышается их реакционная способность, возникает опасность разрушения нуклеиновых кислот в организме. Возможно, именно с этим связана одна из величайших тайн природы - почему температура тела человека 36,6 °С.
Все водные запасы на Земле объединяются понятием гидросфера.
Гидросфера - совокупность всех водных объектов Земного шара - прерывистая водная оболочка Земли. Воды рек, озер и подземные воды являются составными частями гидросферы (табл. 6.1).
Гидросфера является составной частью биосферы и находится в тесной взаимосвязи с литосферой, атмосферой и биосферой. Она обладает высокой динамичностью, связанной с круговоротом воды. В круговороте воды выделяют три основных звена: атмосферное, океаническое и материковое (литогенное). Атмосферное звено круговорота характеризуется переносом влаги в процессе циркуляции воздуха и образованием атмосферных осадков. Для океанического звена характерно испарение воды и непрерывное восстановление водяного пара в атмосфере, а также перенос огромных масс воды морскими течениями. Океаническим течениям принадлежит большая климатообразующая роль.
Литогенное звено - это участие в круговороте воды подземных вод. Пресные подземные воды залегают преимущественно в зоне активного водообмена, в верхней части земной коры.
Таблица 6.1 Структура гидросферы
6.2. ИСТОЧНИКИ ВОДОСНАБЖЕНИЯ,
ИХ ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ПРОБЛЕМЫ САНИТАРНОЙ ОХРАНЫ ВОД
К источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения следует отнести подземные, поверхностные и атмосферные воды.
К подземным водам относятся грунтовые воды, располагающиеся на водоупорном ложе и не имеющие над собой водоупорной кровли; межпластовые воды, имеющие водоупорное ложе и кровлю. Если пространство между ложем и кровлей не полностью занято водой, то это безнапорные воды. Если же это пространство заполнено и вода находится под напором, то такие воды называются межпластовыми напорными, или артезианскими.
Поверхностные воды - это воды рек, озер, водохранилищ. Наиболее надежными в гигиеническом отношении считаются межпластовые воды. Благодаря защищенности водоносных пластов артезианские воды обычно обладают хорошими органолептическими свойствами и характеризуются почти полным отсутствием бактерий. Межпластовые воды богаты солями, жесткие, так как, фильтруясь через почву, обогащаются углекислотой, которая выщелачивает из почвы соли кальция и магния. В то же время солевой состав подземных вод не всегда оптимален. Подземные воды могут содержать избыточные количества солей, тяжелых металлов (бария, бора, бериллия, стронция, железа, марганца и др.), а также микроэлементов - фтора. Кроме того, эти воды могут быть радиоактивны.
Питание открытых водоемов происходит в основном за счет атмосферных осадков, поэтому химический состав и бактериологическая обсемененность их непостоянны и зависят от гидрометеорологических условий, характера почв, а также наличия источников загрязнения (выпуски хозяйственно-бытовых, городских, ливневых, промышленных сточных вод).
Атмосферные (или метеорные) воды - это воды, которые выпадают на поверхность земли в виде осадков (дождя, снега), ледниковые воды. Для атмосферных вод характерна малая степень минерализации, это воды мягкие; содержат растворенные газы (азот, кислород, углекислоту); прозрачны, бесцветны; физиологически неполноценны.
Качество атмосферной воды зависит от местности, где собирают эту воду; от метода сбора; тары, в которой она хранится. Перед использованием вода обязательно должна подвергаться очи-
стке и обеззараживанию. Используется в качестве питьевой в маловодных районах (на Крайнем Севере и на юге). В течение длительного времени не может быть использована для питья, так как содержит мало солей и микроэлементов, в частности бедна фтором.
При выборе источника питьевого водоснабжения с гигиенических позиций предпочтение отдается в убывающем порядке следующим источникам: 1) напорные межпластовые (артезианские); 2) безнапорные межпластовые; 3) грунтовые; 4) поверхностные открытые водоемы - водохранилища, реки, озера, каналы.
Для выбора и оценки качества источников водоснабжения разработан ГОСТ 27.61-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические и технические требования и правила выбора". За объект стандартизации в этом ГОСТе взяты источники водоснабжения, которые разделены на три класса. Для каждого из них предложена соответствующая система обработки воды.
Природный источник, выбираемый для целей централизованного водоснабжения населения, должен удовлетворять следующим основным требованиям:
Обеспечить получение необходимого количества воды с учетом роста числа населения и водопотребления.
Давать воду, отвечающую гигиеническим требованиям при экономически выгодной системе очистки.
Обеспечить бесперебойность снабжения населения водой, не нарушая сложившийся гидрологический режим водоема.
Иметь условия для организации зон санитарной охраны (ЗСО).
Проблема питьевого водоснабжения - одна из актуальных гигиенических проблем для многих регионов Земного шара. На это есть объективные причины: неравномерное распределение пресных вод на планете. Большая часть пресных вод планеты сосредоточена в Северном полушарии. Треть наиболее жарких районов суши имеет крайне скудные речные системы. В таких районах практически трудно гарантировать снабжение населения водой и создание санитарно-гигиенических условий в соответствии с современными требованиями.
С другой стороны, в середине XX в. человек столкнулся с неожиданной и непредвиденной проблемой - недостатком пресной воды в тех районах Земного шара, где вода никогда не была дефицитом: в районах, страдающих подчас от избытка влаги. Речь идет об интенсивном антропогенном загрязнении водоисточников, что выдвигает острейшие проблемы современного питьевого водоснабжения: их эпидемиологической и токсикологической безопасности.
Решение этих проблем начинается с вопросов охраны водоисточников. Вопросы охраны водных объектов волнуют сегодня представителей самых различных специальностей. И это не случайно. Один и тот же водоисточник используется многими водопользователями. У каждого из них свое собственное представление о благополучии водной экосистемы и свои утилитарные требования к качеству воды. С одной стороны, это определяет множественность научных разработок по проблеме качества вод. С другой стороны, затрудняет ее решение, так как трудно удовлетворить требования всех водопользователей; найти единые методические подходы; единые, удовлетворяющие всех, критерии.
В течение многих лет преобладала концепция, согласно которой приоритет отдавался таким водопользователям, как промышленность, энергетика, мелиорация и т. д., и на последнем месте стояли интересы охраны вод.
Законы, правительственные решения отражали, прежде всего, права и обязанности различных водопользователей и в меньшей мере вопросы безопасности вод.
В то же время санитарная охрана водоемов должна базироваться на профилактическом принципе, обеспечивать безопасность питьевых вод и здоровья населения.
Существует несколько моделей организации системы водоохранных мероприятий. Так, на протяжении многих десятилетий господствовала концепция академика А. Н. Сысина и С. Н. Черкин-ского, в основу которой положен принцип "оптимизации" сброса и соблюдения ПДК у пунктов водопользования населения, что не позволяет в современных условиях оценить реальную нагрузку на водоем. Это обусловлено многими факторами: несовершенством аналитической базы и отсутствием полного мониторинга за качеством сточных, питьевых вод и воды водоисточников; низкая эффективность требований к организации ЗСО; несовершенство управления сбросом сточных вод на основе ПДС; трудность выбора безопасных источников водоснабжения; низкая барьерная функция отечественных водопроводов.
Сегодня появились новые подходы к природоохранной деятельности.
В основе их лежат две принципиально различные модели охраны окружающей среды: директивно-экономическая (ДЭМ) и модель технического нормирования (МТН).
ДЭМ устанавливает жесткие лимиты на сброс загрязняющих веществ, что требует строительства дорогостоящих очистных сооружений, приводит к нерентабельности основного производства.
В 90-е гг. ХХ в. была введена плата за сброс. За нормативный сброс загрязняющих веществ (на уровне ПДС) плата относилась на счет себестоимости продукции; за превышение нормативно допустимого сброса устанавливались штрафные санкции (из прибыли предприятия). Получалась парадоксальная ситуация: при иллюзии очень жесткого эколого-гигиенического нормирования заведомая невыполнимость этих требований приводила к нулевому результату.
Основным недостатком ДЭМ, которая хоть и носит профилактический характер и базируется на принципах гигиенического нормирования, является ее ориентация на стратегию "конца трубы". Весь комплекс водоохранных мероприятий, согласно этой модели, внедряется в конце технологического цикла. Сначала производим загрязнения, затем пытаемся от них избавиться.
Наиболее перспективной является МТН, которая, в отличие от ДЭМ, ориентирована на борьбу с загрязнениями в источнике их образования. МТН относит к источникам загрязнения непосредственно технический процесс и ориентирована на стратегию "наилучшей существующей технологии" (НСТ).
Выбор НСТ в Швеции осуществляют специальные фирмы-консультанты, которые проводят экологический аудит и готовят заявку. Обосновывается выбор НСТ (на альтернативной основе); проводится системный анализ материальных и энергетических потоков, сырья, качества готовой продукции.
Обоснованность выбора оценивает Шведский Национальный природоохранный суд. В Швеции отработан весь механизм получения эколого-гигиенического заключения на производственную деятельность: от этапа подачи заявки до выбора НСТ и получения заключения на модернизацию производства.
6.3. ФИЗИОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ
ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ
Без воды, как и без воздуха, нет жизни.
Вода входит в структуру организма, составляя основную часть веса тела. Человек буквально рожден из воды. Содержание воды в различных органах и тканях различно. Так, кровь - более чем на 90 % вода. Почки состоят из воды на 82 %, мышцы содержат воды до 75 %, в печени воды до 70 %, кости содержат 28 % воды, даже зубная эмаль содержит 0,2 % воды.
Не менее значительна роль воды как растворителя питательных веществ. Процесс растворения пищевых веществ с помощью
ферментов, всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного канала и доставка их тканям осуществляется в водной среде.
Вместе с солями вода принимает участие в поддержании величины осмотического давления - этой важнейшей константы организма.
Вода является основой кислотно-щелочного равновесия.
Без воды невозможен водный и минеральный обмен в организме. За сутки в организме человека дополнительно образуется до 300-400 мл воды.
Вода определяет объем и пластичность органов и тканей. Наиболее подвижным резервуаром ее является кожа и подкожная клетчатка.
Вода систематически поступает в организм и выводится из него (табл. 6.2).
Физиологическая потребность в воде зависит от возраста, характера работы, пищи, профессии, климата и т. д. У здорового человека в условиях обычных температур и легкой физической нагрузки физиологическая потребность в воде составляет 2,5- 3,0 л/сут.
Вода, принимаемая внутрь, с полным основанием может рассматриваться как питательное вещество, так как содержит минеральные вещества, различные органические соединения, микроэлементы. Многочисленные минеральные воды с успехом используются для лечения патологии самых различных органов и систем: пищеварения, выделительной системы, системы кроветворения, ЦНС, сердечно-сосудистой патологии.
Однако в условиях жаркого климата и тяжелой физической нагрузки потребность в воде резко возрастает. (Суточная потребность в воде при выполнении работы средней тяжести при температуре
Таблица 6.2
Объем воды в организме за сутки, л
воздуха 30-32 °С увеличивается до 5-6 л, а при выполнении тяжелой физической нагрузки возрастает до 12 л.) Велико значение воды в теплообмене человека. Обладая большой теплоемкостью и большой теплопроводностью, вода способствует поддержанию постоянной температуры тела. Особую роль в теплообмене человека вода играет в условиях высоких температур, так как при температурах окружающей среды выше температуры тела человек отдает тепло преимущественно за счет испарения влаги с поверхности кожи.
Лишение воды человек переносит труднее, чем лишение пищи. Без воды человек может прожить только 8-10 дней. Дефицит всего в 3-4 % вызывает снижение работоспособности. Потеря 20 % воды ведет к смерти.
Вода может использоваться в целях закаливания, механизм которого определяется термическим воздействием воды (контрастное закаливание - русские, финские бани); механическим - массаж массой воды - в душах, при купании в море; химическим действием морской воды, содержащей много солей.
Вода улучшает микроклимат населенных мест, смягчая действие крайних температур зимы и лета. Способствует росту зеленых насаждений. Имеет эстетическое значение в архитектурном оформлении городов.
6.4. ВОДА КАК ПРИЧИНА МАССОВЫХ ИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
В отдельных случаях, когда питьевая вода является недоброкачественной, она может стать причиной эпидемий. Исключительно большое значение имеет водный фактор в распространении: острых кишечных инфекций; глистных инвазий; вирусных заболеваний; важнейших тропических трансмиссивных заболеваний.
Основным резервуаром патогенных микроорганизмов, кишечных вирусов, яиц гельминтов в окружающей среде являются фекалии и хозяйственно-бытовые сточные воды, а также теплокровные животные (крупный рогатый скот, домашняя птица и дикие животные).
Классические водные эпидемии инфекционных заболеваний регистрируются сегодня преимущественно в странах с низким уровнем жизни. Однако и в экономически развитых странах Европы, Америки регистрируются локальные эпидемические вспышки кишечных инфекций.
Через воду могут передаваться многие инфекционные заболевания, в первую очередь холера. История знала 6 пандемий холеры. По данным ВОЗ, в 1961-1962 гг. началась 7-я пандемия холеры, которая достигла максимума к 1971 г. Особенность ее состоит в том, что она вызывалась холерным вибрионом Эль-Тор, который более длительно выживает в окружающей среде.
Распространение холеры в последние годы связано с целым рядом причин:
Несовершенством современных систем водоснабжения;
Нарушениями международного карантина;
Усиленной миграцией людей;
Быстрой перевозкой загрязненных продуктов и воды водным и воздушным транспортом;
Распространенным носительством штамма Эль-Тор (от 9,5 до 25 %).
Водный путь распространения особенно характерен для брюшного тифа. До устройства централизованного водоснабжения водные эпидемии брюшного тифа были обычными для городов Европы и Америки. Менее чем за 100 лет, с 1845 по 1933 г., описаны 124 водные вспышки брюшного тифа, причем 42 из них возникли в условиях централизованного водоснабжения, и 39 эпидемий. Эндемичным по брюшному тифу был Петербург. Крупные водные эпидемии брюшного тифа имели место в Ростове-на-Дону в 1927 г. и в Краснодаре в 1928 г.
Паратифозные водные эпидемии, как самостоятельные, встречаются крайне редко и обычно сопровождают эпидемии брюшного тифа.
Сегодня достоверно установлено, что через воду может передаваться и дизентерия - бактериальная и амебная, иерсениозы, кам-пилобактериозы. Сравнительно недавно возникла проблема заболеваний, вызванных легионеллами. Легионеллы поступают с аэрозолями через дыхательные пути и занимают второе место после пневмококков в качестве причины воспаления легких. Чаще заражаются в бассейнах или на курортах в местах использования термальных вод, при вдыхании водяной пыли вблизи фонтанов.
К водным заболеваниям следует отнести ряд антропозоонозов, в частности лептоспирозы и туляремию. Лептоспиры обладают способностью проникать через неповрежденную кожу, поэтому человек заражается чаще в районах купания в загрязненных водоемах либо во время сенокосов, полевых работ. Эпидемические вспышки приходятся на летне-осенний период. Ежегодная заболеваемость во всем мире составляет 1 %, в рекреационный период возрастает
до 3 %.
Водные вспышки туляремии возникают при заражении источников водоснабжения (колодцы, ручьи, реки) выделениями больных грызунов в период туляремийных эпизоотий. Заболевания чаще регистрируются среди сельскохозяйственных рабочих и скотоводов, употребляющих воду из загрязненных рек и небольших ручьев. Хотя известны эпидемии туляремии и при использовании водопроводной воды в результате нарушений режима очистки и обеззараживания.
Водный путь распространения характерен также для бруцеллеза, сибирской язвы, эризипилоида, туберкулеза и других антро-позоонозных инфекций.
Часто недоброкачественная вода может быть источником вирусных инфекций. Этому способствует высокая устойчивость вирусов в окружающей среде. Сегодня наиболее изучены водные вспышки вирусных инфекций на примере инфекционного гепатита. Большинство вспышек гепатита связано с нецентрализованным водоснабжением. Однако и в условиях централизованного водоснабжения водные эпидемии гепатита имеют место. Например, в Дели (1955-1956 гг.) - 29 000 человек.
Определенное значение имеет водный фактор и в передаче инфекций, вызванных полиовирусами, вирусами Коксаки и ЕСНО. Водные вспышки полиомиелита имели место в Швеции (1939-1949 гг.),
ФРГ - 1965 г., Индии - 1968 г., СССР (1959, 1965-1966 гг.).
В основном вспышки связаны с использованием загрязненной колодезной воды и речной воды.
Особого внимания заслуживают эпидемии вирусной диареи или гастроэнтеритов. С купанием в плавательных бассейнах связывают вспышки фарингоконъюнктивальной лихорадки, конъюнктивитов, ринитов, вызываемых аденовирусами и вирусами ЕСНО.
Определенную роль играет вода и в распространении гельмин-тозов: аскаридоза, шистосомоза, дракункулеза и др.
Шистосомоз - заболевание, при котором в венозной системе обитают гельминты. Миграция этого кровяного сосальщика в печень и мочевой пузырь может вызвать серьезные формы заболевания. Личинка гельминта может проникать через неповрежденную кожу. Заражение происходит на рисовых полях, при купании в мелких загрязненных водоемах. Распространение в Африке, на Ближнем Востоке, в Азии, Латинской Америке, ежегодно болеют около 200 млн человек. В XX в. получил распространение вследствие строительства оросительных каналов ("стоячая вода" - благоприятные условия для развития моллюсков).
Дракункулез (ришта) - гельминтоз, протекающий с поражением кожи и подкожной клетчатки, с выраженным аллергическим
компонентом. Заражение происходит при питье воды, содержащей рачков - циклопов - промежуточных хозяев гельминта.
Заболевание на территории России ликвидировано, но распространено в Африке, Индии. В отдельных районах Ганы население поражено до 40 %, в Нигерии - до 83 %. Распространению дра-кункулеза в этих странах способствует ряд причин:
Особый способ забора воды из водоисточников с большими колебаниями уровня воды, что вызывает необходимость устройства ступеней по берегам. Человек вынужден босиком заходить в воду, чтобы ее набрать;
Ритуальное омовение;
Религиозные предрассудки, запрещающие пить колодезную воду (в колодцах вода "темная, дурная");
В Нигерии - обычай готовить пищу на сырой воде. Менее выражена роль воды в распространении аскаридоза и три-
хоцефалеза, вызываемого власоглавом. Однако описана эпидемия аскаридоза, поразившая 90 % населения одного из городов ФРГ.
Роль водного фактора в передаче трансмиссивных заболеваний косвенная (переносчики, как правило, размножаются на водной поверхности). К важнейшим трансмиссивным заболеваниям относится малярия, основные очаги которой регистрируются на африканском континенте.
Желтая лихорадка относится к вирусным заболеваниям, переносчиком являются комары, которые размножаются в интенсивно загрязненных водоемах (болотистых местностях).
Сонная болезнь, переносчиком являются некоторые виды мухи Цеце, обитающие на водоемах.
Онхоцеркоз или "речная слепота", переносчик также размножается на чистой воде, быстрых реках. Это гельминтоз, протекающий с поражением кожи, подкожной клетчатки и органа зрения, относится к группе филяриидозов.
Использование инфицированной воды для умывания может способствовать распространению таких заболеваний, как:
Трахома: передается контактным путем, но возможно и заражение через воду. Сегодня в мире страдает трахомой около 500 млн человек;
Чесотка (лепра);
Фрамбезия - хроническое, циклическое инфекционное заболевание, которое вызывается возбудителем из группы спирохет (трепонемой Кастеллани). Заболевание характеризуется разнообразными поражениями кожи, слизистых оболочек, костей, суставов. Фрамбезия распространена в странах с влажным тропическим климатом (Бразилия, Колумбия, Гватемала, азиатские страны).
Таким образом, существует определенная зависимость между заболеваемостью и смертностью населения от кишечных инфекций и обеспечением населения доброкачественной водой. Уровень водопотребления свидетельствует в первую очередь о санитарной культуре населения.
6.5. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ СТАНДАРТИЗАЦИИ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Качество питьевой воды должно соответствовать следующим общим требованиям: вода питьевая должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по своему химическому составу и благоприятна по своим физическим и органо-лептическим свойствам. Эти требования отражены в Санитарно-эпидемиологических правилах и нормах - СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества".
Нормативные документы всего мира обеспечивают эпидемиологическую безопасность отсутствием в питьевой воде микробиологических и биологических факторов риска - общих колиформных (ОКБ) и термотолерантных колиформных (ТКБ) бактерий, колифагов, спор сульфитредуцирующих клостридий и цист лямблий (табл. 6.3).
Таблица 6.3
Общие колиформные бактерии характеризуют весь спектр кишечных палочек, выделяемых человеком и животными (грамотри-цательные, ферментирующие лактозу при 37 °С, не обладающие оксидазной активностью).
Гигиеническое значение ОКБ велико. Наличие их в питьевой воде указывает на фекальное загрязнение. Если ОКБ обнаруживаются в процессе водоподготовки, то это свидетельствует о нарушении технологии очистки, в частности о снижении уровня обеззараживающих агентов, застойных явлениях в водопроводных сетях (так называемое вторичное загрязнение воды). Общие колиформные бактерии, выделенные из воды водоисточника, характеризуют интенсивность процессов самоочищения.
Показатель ТКБ был введен в СанПиН 2.1.4.1074-01 как показатель свежего фекального загрязнения, эпидемически опасного. Но это не совсем правильно. Доказано, что представители этой группы достаточно долго выживают в водоеме.
При обнаружении в питьевой воде того или иного индикаторного микроорганизма исследования повторяют, дополняя определением азотной группы. Если в повторных анализах обнаруживают отклонение от требований, проводят исследования на наличие патогенной флоры или вирусов.
Клостридии в настоящее время рассматриваются как более перспективные индикаторные микроорганизмы в отношении патогенной флоры, устойчивой к хлору. Тем не менее это технологический показатель, который используется для оценки эффективности водоочистки. Исследования, проведенные на Рублевской водопроводной станции, подтверждают, что при отсутствии колиформных бактерий клостридии практически всегда выделяются из очищенной воды, т. е. они более устойчивы к традиционным методам обработки. Исключение, как отмечают исследователи, составляют периоды паводков, когда усиливаются процессы коагуляции и хлорирования. Наличие паводков свидетельствует о большей вероятности присутствия патогенных микроорганизмов, устойчивых к хлору.
Радиационная безопасность питьевой воды определяется ее соответствием нормативам по показателям, представленным в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Показатели радиационной безопасности
Идентификация присутствующих в воде радионуклидов и измерение их индивидуальных концентраций проводятся при превышении количественных значений общей активности.
Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по:
Обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (табл. 6.5).
Таблица 6.5
Обобщенные показатели
Таблица 6.6
Неорганические и органические вещества
Таблица 6.7
Показатели содержания вредных веществ, поступающих в воду и образующихся в процессе ее обработки в системе водоснабжения
В раздел "Обобщенные показатели" вошли интегральные показатели, уровень которых характеризует степень минерализации воды (сухой остаток и жесткость), содержание органических веществ в воде (окисляемость) и наиболее распространенные и повсеместно определяемые загрязнители воды (ПАВ, нефтепродукты и фенолы).
В соответствии с СанПиН 2. .4. 074-0 в качестве нормативов содержания химических веществ в воде используют величины ПДК или ориентировочно допустимый уровень (ОДУ) в мг/л:
ПДК - максимально допустимая концентрация, при которой вещество не оказывает прямого или опосредованного влияния на здоровье человека (при воздействии на организм в течение всей жизни) и не ухудшает гигиенические условия водопотребления;
ОДУ - ориентировочно допустимые уровни веществ в водопроводной воде, разработанные на основе расчетных и экспресс-экспериментальных методов прогноза токсичности.
Нормативы установлены в зависимости от признака вредности веществ: санитарно-токсикологического (с.-т.); органолептическо-го (орг.) с расшифровкой характера изменения органолептических свойств воды (зап. - изменяет запах воды; окр. - придает воде окраску; пен. - образует пену; пл. - образует пленку; привк. - придает привкус; оп. - вызывает опалесценцию).
Раздел СанПиН "Безвредность воды по химическому составу" позволяет оценить токсикологическую опасность питьевой воды. Токсикологический риск питьевых вод существенно отличается от эпидемиологического. Трудно представить, что одно вещество может присутствовать в питьевой воде в концентрациях, опасных для здоровья. Поэтому внимание специалистов привлекают хронические эффекты, воздействие таких веществ, которые способны мигрировать через очистные сооружения водопровода, токсичны, могут кумулироваться, обладают отдаленными биологическими эффектами. К ним относятся:
Токсичные металлы;
ПАУ - полициклические ароматические углеводороды;
ХОС - хлорорганические соединения;
Пестициды.
Металлы. Хорошо и прочно связываются в водных экосистемах с донными отложениями, снижают барьерную функцию водопроводов, мигрируют по биологическим цепям, накапливаются в организме человека, вызывая отдаленные последствия.
Полиароматические углеводороды. Типичным представителем является 3,4-бенз(а)пирен, канцероген, может попадать в питьевую воду при ее контакте со стенками трубопроводов, покрытыми каменноугольной смолой. 99 % ПАУ человек получает с продуктами питания, тем не менее учитывать их в питьевой воде актуально из-за их канцерогенности.
Группа хлорорганических соединений очень обширна, большинство из них обладает мутагенным и канцерогенным действием. ХОС образуются в процессе обеззараживания недостаточно очищенной воды на водопроводной станции. В настоящее время разработан перечень наиболее приоритетных ХОС (0 веществ) - хлороформ, четыреххлористый углерод (CCl 4), дихлорбромметан, ди-бромхлорметан, три- и тетрахлорэтилен, бромоформ, дихлорметан,2-дихлорэтан и,2-дихлорэтилен. Но чаще всего из питьевой воды выделяется хлороформ. Поэтому этот показатель, как наиболее приоритетный, введен в СанПиН 2. .4. 074-0 .
Таблица 6.8
Показатели органолептических свойств питьевой воды
Для многих регионов мира эта проблема очень актуальна, в том числе для российского Севера, поверхностные водоисточники которого богаты гуминовыми веществами, которые хорошо хлорируются и относятся к веществам-предшественникам.
Пестициды являются опасными экотоксикантами, устойчивы в окружающей среде, токсичны, способны к кумуляции и отдаленным эффектам. В СанПиН 2.4.1074-01 регламентированы наиболее токсичные и опасные из этой группы веществ - У-ГХУГ (линдан); ДДТ - сумма изомеров; 2-4-Д.
Органолептические свойства питьевой воды должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 6.8.
Величина, указанная в скобках, может быть установлена по согласованию с органами государственной санитарно-эпидемиологической службы.
6.6. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ,
ИХ ЭКОЛОГО-ГИГИЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Вода питьевая должна быть приятной в эстетическом отношении. Потребитель косвенно оценивает безопасность питьевой воды по ее физическим и органолептическим свойствам.
К физическим свойствам воды относятся температура, мутность, цветность. От температуры воды зависит: интенсивность течения процессов самоочищения в водоеме, содержание растворенного в воде кислорода. Температура воды подземных источников отличается большим постоянством, поэтому изменение этого показателя может свидетельствовать о загрязнении данного водоносного горизонта бытовыми или промышленными сточными водами.
Вода питьевая должна быть освежающей температуры (7-12 °С) Теплая вода плохо утоляет жажду, неприятна на вкус. Вода с температурой 30-32 °С усиливает моторику кишечника. Холодная вода, с температурой ниже 7 °С, способствует возникновению простудных заболеваний, затрудняет пищеварение, нарушает целостность зубной эмали.
К органолептигеским свойствам воды относятся вкус и запах. Вода питьевая не должна иметь запаха. Наличие запахов делает ее неприятной на вкус и подозрительной в эпидемиологическом отношении.
Количественно запах определяется по 5-балльной системе опытным лаборантом-дегустатором:
1 балл - это еле ощутимый запах, определяемый только опытным лаборантом;
2 балла - запах, который замечает потребитель, если на него обратить внимание;
3 балла - ощутимый запах;
4 балла - резкий запах;
5 баллов - очень интенсивный запах.
В современных стандартах на качество питьевой воды допускается запах не более 2 баллов.
Вкус воды зависит от температуры воды, растворенных в воде солей и газов. Поэтому наиболее вкусная вода - колодезная, родниковая, ключевая. Вода питьевая должна быть приятной на вкус. Нормируются дополнительные привкусы, не свойственные воде. Количественно привкусы также оцениваются по пятибалльной системе и допускаются не более 2 баллов.
В гигиенической практике в особую группу выделяются вещества, свидетельствующие о загрязнении природных вод органическими отходами (продуктами жизнедеятельности человека и животных). К таким показателям относится, прежде всего, триада азота: аммиак, нитриты и нитраты. Эти вещества являются косвенными показателями фекального загрязнения воды.
Именно круговороту азота, который является важнейшей составной частью белка, принадлежит наибольшее санитарно-гигиеническое значение. Источником органического азота в воде являются органические вещества животного происхождения, т. е. продукты жизнедеятельности человека и животных. В водоемах продукты белковой природы подвергаются сложным биохимическим превращениям. Процессы превращения органических веществ в вещества минеральные называются процессами минерализации.
В течение процессов минерализации различают две основные фазы: аммонификация белка и нитрификация.
Процесс постепенного превращения белковой молекулы через стадии альбумоз, пептонов, полипептидов, аминокислот до конечного продукта этого распада - аммиака и его солей, называется аммонификацией белка. Процесс аммонификации белка наиболее энергично протекает при свободном доступе кислорода, но может происходить и в анаэробных условиях.
В дальнейшем аммиак под влиянием ферментов нитрифицирующих бактерий из группы Nitrozomonas окисляется до нитритов. Нитриты, в свою очередь, ферментами бактерий из группы Nit-trobacter окисляются до нитратов. На этом процесс минерализации заканчивается. Таким образом, аммиак - первый продукт минерализации органических веществ белковой природы. Наличие значительных концентраций аммиака всегда свидетельствует о свежем загрязнении водоисточника нечистотами человека и животных.
Но в отдельных случаях аммиак может встречаться и в чистых природных водах. В воде подземных источников аммиак встречается как продукт восстановления нитратов сернистыми соединениями железа (сульфидами) в присутствии углекислоты, которая выступает в качестве катализатора этого процесса.
Болотистые воды с большим содержанием гуминовых кислот также восстанавливают нитраты (при их значительном содержании) до аммиака. Аммиак такого происхождения допускается в питьевых водах в количестве не больше сотых долей мг/л. В воде шахтных колодцев до 0,1 мг/л по азоту аммиака.
Нитриты, так же как и аммиак, свидетельствуют о свежем загрязнении воды органическими веществами животного происхождения. Определение нитритов - тест очень чувствительный. Большие концентрации их почти всегда делают воду подозрительной в эпидемиологическом отношении. Нитриты в чистых водах встречаются очень редко и допускаются в виде следов, т. е. в тысячных долей мг/л.
Нитраты - конечный продукт минерализации органических веществ, свидетельствуют о давнем, старом по времени загрязнении водоисточника, не опасном в эпидемиологическом отношении.
Если в воде водоисточника одновременно обнаруживаются все три компонента (аммиак, нитриты и нитраты) - это свидетельствует о том, что данный водоисточник загрязняется давно и постоянно.
В чистых подземных водах нитраты обнаруживаются очень часто, особенно в глубоких подземных горизонтах. Это связано с большим или меньшим содержанием солей азотной кислоты в почве.
Показатели наличия в воде органигескихвеществ. Состав органических веществ, встречающихся в природных водах, очень сложный и изменчивый. Органические вещества могут образовываться в самом водоисточнике в результате распада водных организмов и растений - это органические вещества растительного происхождения. Кроме того, в водоисточник с бытовыми и промышленными сточными водами в большом количестве поступают органические вещества животного происхождения.
В гигиенической практике широко используются косвенные показатели, характеризующие сумму органических веществ. К таким показателям относится окисляемость воды. Под оки-сляемостью воды понимают то количество кислорода, которое необходимо для окисления всех органических веществ, содержащихся в одном литре воды. Выражается окисляемость в мгО2 /л. Определяется по методу Кубеля. Принцип метода сводится к тому, что в пробу воды, подкисленную, вносится KMnO 4 как источник кислорода, который идет на окисление органических веществ воды.
Окисляемость позволяет косвенно определить всю сумму органических веществ воды. Окисляемость нельзя назвать показателем загрязнения. Это показатель наличия в воде органических веществ, так как в цифру окисляемости войдут все органические вещества (растительного и животного происхождения), а также недооки-сленные неорганические соединения. Окисляемость природных вод не нормируется. Величина ее зависит от типа водоисточника.
Для чистых подземных вод окисляемость равна 1-2 мгО2 /л. Вода из поверхностных водоемов может иметь высокую величину окисляемости и не быть загрязненной: до 10 мгО2 /ли более. Это чаще всего связано с наличием гуминовых кислот, органических веществ растительного происхождения. Особенно это характерно для северных рек, где почвы богаты гумусом. По одной только цифре окисляемости нельзя определить, чистая или загрязненная вода, для этого обязательно необходимо привлечь другие данные (показатели азотной группы, бактериологические показатели).
Растворенный в воде кислород. Содержание растворенного в воде кислорода зависит от температуры воды; барометрического давления; от площади свободной водной поверхности; флоры и фауны водоема; от интенсивности процессов фотосинтеза; от уровня антропотехногенного загрязнения.
По количеству растворенного в воде кислорода можно судить о чистоте водоема. Содержание растворенного в воде кислорода
в чистой воде наибольшее при 0 °С. С повышением температуры воды количество растворенного кислорода уменьшается. При содержании растворенного кислорода в количестве 3 мг/л рыбы покидают водоем. Форель - очень прихотливая рыба, водится только в очень чистых водоемах с содержанием растворенного кислорода не менее 8-12 мг/л. Карп, карась - не менее 6-8 мг/л.
Показатель БПК - биохимическая потребность в кислороде. В санитарной практике имеет значение не столько абсолютное содержание растворенного в воде кислорода, сколько степень его уменьшения (расходования) в течение определенного срока хранения воды в закрытых сосудах - т. е. так называемая биохимическая потребность в кислороде. Чаще всего определяют убыль или расход кислорода за 5 сут, так называемую БПК-5.
Чем больше расход кислорода за 5 сут, тем больше содержится в воде органических веществ, тем выше уровень загрязнения.
Так же как и для окисляемости, для БПК-5 нет определенных нормативов. Величина БПК-5 зависит от содержания в воде органических веществ, в том числе и растительного происхождения, а следовательно, и от вида водоисточника. Величина БПК-5 в пробах воды, отобранных из поверхностных водоисточников, богатых гуминовыми соединениями, больше, чем для воды из подземных горизонтов.
Вода считается очень чистой, если БПК-5 не более 1 мгО2 /л (подземные, атмосферные воды). Чистой, если БПК-5 2 мгО2 /л. Сомнительной при величине БПК-5 4-5 мгО 2 /л.
Минеральный (солевой) состав воды. Количественно величина солевого состава воды или степень минерализации воды определяется величиной сухого остатка. Сухой остаток характеризует сумму всех химических соединений (минеральных и органических), растворенных в 1 л воды. Величина сухого остатка влияет на вкусовые качества воды. Пресной считается вода с содержанием солей не более 1000 мг/л. Если солей в воде больше 2500 мг/л, то такая вода относится к соленым. Величина сухого остатка для воды питьевой должна быть не больше 1000 мг/л. Иногда разрешается пить воду с величиной сухого остатка до 1500 мг/л. Вода с большим содержанием солей имеет неприятный солоноватый или горьковатый привкус.
Чистые природные воды, как поверхностные, так и подземные, характеризуются различным содержанием солей. Как правило, величина этого показателя сильно колеблется даже в пределах одной страны и увеличивается с севера на юг. Так, в северных регионах России поверхностные и грунтовые воды слабо минерализованы
(до 100 мг/л). Основную часть минерального состава воды в этих регионах составляют бикарбонаты Са и Mg. В южных районах поверхностные и грунтовые воды характеризуются гораздо большим содержанием солей, а следовательно, и большей величиной сухого остатка. Причем основную часть солевого состава воды в этих районах составляют хлориды и сульфаты. Это так называемые хлорид-но-сульфатно-натриевые воды. Это районы Причерноморья, При-каспия, Донбасса, Грузии, государств Средней Азии.
Есть еще один показатель, который интегрально характеризует содержание в воде минеральных компонентов. Это величина жесткости воды.
Различают несколько видов жесткости: общую, устранимую и постоянную. Под общей жесткостью понимают жесткость, обусловленную содержанием катионов Са и Mg в сырой воде. Это жесткость сырой воды. Устранимая жесткость - это жесткость, которая устраняется в течение 1 ч кипячения и обусловлена наличием гидрокарбонатов Са и Mg, которые при кипячении разлагаются с образованием карбонатов, выпадающих в осадок. Постоянная жесткость - это жесткость кипяченой воды, она обусловлена чаще всего хлористыми и сернокислыми солями кальция и магния. Особенно трудно удаляются из воды сульфаты и хлориды магния. Нормируется в питьевой воде величина общей жесткости; допускается до 7 мг? экв/л, иногда до 10 мг? экв/л.
Физиологическое значение солей жесткости. За последние годы коренным образом изменилось в гигиене отношение к физиологическому значению солей жесткости. Долгое время значение жесткости воды рассматривалось только в хозяйственно-бытовом аспекте. Жесткая вода мало пригодна для промышленных и хозяйственно-бытовых нужд. В ней плохо развариваются мясо, овощи; затруднительно использование такой воды для целей личной гигиены. Соли кальция и магния образуют с жирными кислотами моющих средств нерастворимые соединения, которые раздражают и высушивают кожу. Более того, очень долгое время, еще со времен Ф. Ф. Эрисмана, бытовало мнение, что солевой состав природных вод не может оказывать серьезного влияния на здоровье человека при обычном употреблении воды для питья. С питьевой водой человек получает около 1-2 г солей в сутки. В то же время с пищей за сутки в организм человека поступает около 20 г (с животной пищей) и до 70 г (при растительной диете) минеральных солей. Поэтому еще M. Рубнер и Ф. Ф. Эрисман считали, что минеральные соли редко встречаются в питьевых водах в таком количестве, чтобы вызывать заболевания среди населения.
Таблица 6.9 Жесткость питьевой воды и смертность от сердечно-сосудистых заболеваний среди мужчин в возрасте 45-64 лет в городах Англии и Уэлса
(по М. Гарднер, 1979)
В последнее время в литературе появилось много сообщений о влиянии воды с повышенной минерализацией на здоровье человека (табл. 6.9). В основном это касается хлоридно-сульфатно-нат-риевых вод, которые встречаются в южных регионах. При употреблении воды малой и средней минерализации в организм действительно поступает, как и считал Ф. Ф. Эрисман, 0,08-1,1 % солей от поступающих с пищей. При высокой минерализации питьевой воды и потреблении до 3,5 л воды в южных районах эта величина может достигнуть 25-70 % по отношению к пищевым рационам. В таких случаях поступление солей практически удваивается (пища + вода), что небезразлично для организма человека.
По данным А. И. Бокиной, жители Москвы ежедневно с водой получают 770 мг солей; жители Санкт-Петербурга - 190 мг солей; Запорожья, Апшерона, Ростовской области (Сальский район) - от 2000 до 8000 мг; Туркмении - до 17 500 мг.
Вода, как высокоминерализованная, так и маломинерализованная, может оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье. По данным А. И. Бокиной, И. А. Малевской, вода повышенной степени минерализации увеличивает гидрофильность тканей, снижает диурез, способствует расстройству функций пищеварения, так как угнетает все показатели секреторной деятельности желудка. Жесткая вода обладает послабляющим действием на кишечник, особенно содержащая сернокислые соли магния. Кроме того, у лиц, длительно
употребляющих высокоминерализованную воду сульфатно-кальциевого типа, отмечаются изменения водно-солевого обмена, кислотно-щелочного равновесия.
Жесткая вода может, по данным А. И. Бокиной, способствовать возникновению мочекаменной болезни. На Земном шаре отмечаются зоны, где мочекаменная болезнь носит характер эндемии. Это районы Аравийского полуострова, Мадагаскара, Индии, Китая, Средней Азии, Закавказья и Закарпатья. Это так называемые "каменные зоны", где отмечается повышенная заболеваемость уроли-тиазом.
Но есть и другая сторона проблемы. В связи с использованием населением опресненных морских вод были проведены гигиенические исследования по нормированию нижнего предела минерализации. Экспериментальные данные подтвердили, что длительное потребление дистиллированной воды или слабоминерализованной воды нарушает водно-солевое равновесие организма, в основе которого лежит повышенный выброс Na в кровь, что способствует перераспределению воды между внеклеточной и внутриклеточной жидкостями. Следствием этих нарушений ученые считают повышенный уровень заболеваний сердечно-сосудистой системы среди населения этих регионов.
Нижним пределом минерализации, при котором поддерживается гомеостаз организма, является сухой остаток в 100 мг/л, оптимальным уровнем минерализации является сухой остаток в 200- 300 мг/л. При этом минимальное содержание Са должно быть не менее 25 мг/л; Mg - не менее 10 мг/л.
Хлористые соли встречаются практически во всех водоисточниках. Содержание их в воде зависит от характера почв и увеличивается с северо-запада на юго-восток. Особенно много хлоридов в водоемах Узбекистана, Туркмении, Казахстана. Хлориды влияют на вкус воды, придавая ей солоноватый привкус. Допускается содержание хлоридов до пределов вкусовой ощутимости, т. е. не более 350 мг/л.
В некоторых случаях хлориды можно использовать как показатель загрязнения. Хлориды выводятся из организма человека через почки, поэтому хозяйственно-бытовые сточные воды всегда содержат много хлоридов. Но нужно помнить, что хлориды могут использоваться в качестве показателей загрязнения только в сравнении с местными, региональными нормами.
В том случае, когда содержание хлоридов в чистой воде данной местности не известно, решить вопрос о загрязнении воды только по одному этому показателю невозможно.
Сульфаты вместе с хлоридами составляют основную часть солевого состава воды. Можно употреблять воду с содержанием сульфатов не более 500 мг/л. Так же как хлориды, сульфаты нормируются по влиянию на вкус воды. Могут также в отдельных случаях рассматриваться как показатели загрязнения.
6.7. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДЫ КАК ПРИЧИНА МАССОВЫХ НЕИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
Водный фактор оказывает существенное влияние на здоровье населения. Это влияние может быть как прямым (непосредственным), так и косвенным (опосредованным). Косвенное влияние проявляется прежде всего в ограничении потребления воды, имеющей неблагоприятные органолептические свойства (вкус, запах, окраску). Вода может быть причиной массовых инфекционных заболеваний. А при определенных условиях может быть причиной и массовых неинфекционных заболеваний.
Возникновение массовых неинфекционных заболеваний среди населения связывается с химическим, а точнее с минеральным составом воды.
В составе животных организмов обнаружено около 70 химических элементов, в том числе 55 микроэлементов, которые в сумме составляют около 0,4-0,6 % живого веса организмов. Все микроэлементы можно разделить на 3 группы. К первой группе относятся микроэлементы, которые постоянно содержатся в животных организмах и роль которых в процессах жизнедеятельности четко установлена. Они играют существенную роль в росте и развитии организма, кроветворении, размножении. Входя в состав ферментов, гормонов и витаминов, микроэлементы выполняют роль катализаторов биохимических процессов. Сегодня для 14 микроэлементов достоверно установлена их биохимическая роль. Это такие микроэлементы, как Fe, Zn, Cu, J, F, Mn, Mo, Co, Br, Ni, S, P,
K, Na.
Ко второй группе микроэлементов относятся те, которые также постоянно содержатся в животных организмах, но их биохимическая роль или мало изучена, или не изучена вовсе. Это Cd, Sr, Se, Ra, Al, Pb и др.
В третью группу входят микроэлементы, количественное содержание которых и их биологическая роль не изучены совсем (W, Sc, Au и ряд других).
Недостаток или избыток жизненно важных микроэлементов первой группы в пище приводит к нарушению обмена веществ и возникновению соответствующего заболевания.
Чаще поступление микроэлементов в организм человека происходит таким путем: почва - растения - животные организмы - человек.
Для некоторых микроэлементов, например фтора, характерен другой путь: почва - вода - человек, минуя растения.
В природе происходит постоянное рассеивание микроэлементов за счет метеорологических факторов, воды, а также жизнедеятельности живых организмов. В результате создается неравномерное распределение микроэлементов в земной коре, формируется недостаток или избыток микроэлементов в почве и воде определенных географических районов. В результате в этих районах возникают своеобразные изменения во флоре и фауне: от незаметных физиологических сдвигов до изменений формы растений, эндемических заболеваний и гибели организмов. Профессор А. П. Виноградов и академик В. И. Вернадский разработали теорию "биогеохимических провинций", согласно которой непрерывно протекающие в земной коре геохимические процессы и изменения химического состава организма являются процессами взаимосвязанными.
Что понимают под "биогеохимическими провинциями"? Это такие географические районы, где причинным фактором заболеваний является характерный минеральный состав воды, растительности и животных вследствие недостатка или избытка микроэлементов в почве, а заболевания, возникающие в этих районах, - называют геохимическими эндемиями или эндемическими заболеваниями. Под этой группой заболеваний и понимают типичные массовые заболевания населения неинфекционной природы.
Одной из распространенных эндемий является уровская болезнь, или болезнь Кашина - Бека. Это заболевание впервые обнаружено и описано в 1850-х гг. и эндемично для горно-таежных, болотистых районов.
Название уровская болезнь получила по наименованию реки Урова, притока Аргуни, впадающей в Амур. Впервые была описана врачом Н. И. Кашиным в 1856 г. и в начале 1900-х гг. Е. В. Беком. Ее основной очаг расположен в Забайкалье по долине рек Уро-ва, Урюмкан, Зея на территории Читинской области, отчасти - в Иркутской и Амурской областях. Кроме того, уровская болезнь широко распространена в Северной Корее и Северном Китае; обнаружена в Швеции.
Уровская болезнь развивается преимущественно в детском возрасте 6-15 лет, реже в 25 лет и старше. Процесс развивается мед-
ленно, поражается преимущественно костно-суставная система. Наиболее ранним и основным признаком является короткопалость рук с симметрично деформированными и утолщенными суставами. Население и большинство исследователей связывают уровскую болезнь с водным фактором.
В возникновении этой патологии придавали значение повышенной радиоактивности воды, наличию в ней солей, тяжелых металлов (свинца, кадмия, коллоидного золота), поскольку эндемические очаги были в местах рудных полиметаллических месторождений. Имела место и инфекционная теория возникновения уровской болезни. Это теория самого доктора Бека, описавшего ее. Однако она также не подтвердилась, так как выделить специфический микроорганизм не удалось. В настоящее время большинство исследователей придерживается алиментарно-токсической теории возникновения уровской болезни. Одним из этиологических моментов считается использование воды слабой минерализации, с малым содержанием кальция, но высоким содержанием стронция. Считается, что стронций, находясь в конкурентных с кальцием отношениях, вытесняет кальций из костей. Таким образом, водный фактор, не являясь основной причиной возникновения уровской болезни, рассматривается как существенное условие возникновения ее эндемических очагов.
Заболевания, связанные с различным содержанием фтора в питьевой воде. В природных водах содержание фтора колеблется в значительных пределах (табл. 6.10).
Таблица 6.10 Фтор в воде водоисточников различных стран
(по М. Г. Коломейцевой, 1961)
Среднесуточная физиологическая потребность во фторе для взрослого человека составляет 2,000-3,000 мкг/сут, и 70 % ее человек получает с водой и только 30 % - с пищей. Для фтора характерен малый диапазон доз - от токсических до биологически полезных.
С фтором связывают распространение двух групп массовых и совершенно различных заболеваний - гипо- и гиперфторозов.
При длительном употреблении воды, бедной солями фтора (0,5 мг/ли меньше), развивается заболевание, называемое кариесом зубов. Заболеваемость кариесом необычайно высока. В регионах, бедных фтором, поражается почти все население. Существует обратная зависимость между содержанием фтора в воде и распространенностью кариеса среди населения.
Однако кариес - это частное проявление гипофторозных состояний. Почти 99 % фтора в организме находится в составе твердых тканей. Мягкие ткани бедны фтором. При дефиците F происходит его мобилизация из костной ткани во внеклеточную жидкость. Существенную роль в этом процессе играет рН.
При кариесе зубов и остеопорозе минеральная часть костной ткани растворяется под воздействием кислот. В первом случае кислая среда создается бактериями, населяющими полость рта, а во втором - остеокластами и другими костными клетками, резорбирую-щими минеральные компоненты кости.
Различают несколько видов гипофторозов:
Внутриутробный, врожденный, сопровождается недоразвитием скелета. Чаще встречается в эндемичных районах;
Гипофтороз детей грудного и раннего дошкольного возраста сопровождается замедленным прорезыванием зубов, темпом роста, рахитом;
Гипофтороз детей школьного возраста чаще проявляется в виде кариеса зубов;
Гипофтороз взрослых сопровождается явлениями остеопо-роза и остеомаляции.
В особые формы выделяют гипофтороз беременных и женщин постклимактерического периода. В эти периоды жизни у женщины идет активная потеря минеральных веществ, что сопровождается развитием остеопороза. В самостоятельную группу выделяют старческий гипофтороз.
Однако и избыточные, чрезмерные концентрации в питьевой воде фтора приводят к патологии. Длительное употребление воды, содержащей фтор в концентрации выше 1,0-1,5 мг/л, способствует возникновению флюороза (от латинского названия Fluo-rum).
Флюороз - весьма распространенная геохимическая эндемия. Чаще возникновение этого заболевания связано с использованием для питья воды из подземных горизонтов. В подземных водах фтор встречается в концентрациях до 3-5 мг/ли выше, иногда до 27 мг/ли выше.
Впервые пятнистость зубной эмали, как ранний признак флюороза, обнаружилв 1901 г. Эгер у итальянских эмигрантов (рис. 1). В 1916 г. были опубликованы исследования о распространенности этого заболевания среди населения США, однако лишь в 1931 г. была доказана связь между флюорозом и повышенным содержанием фтора в питьевой воде.
Флюороз характеризуется своеобразным буроватым цветом и крапчатостью зубов. Первые клинические признаки заболевания проявляются в изменении эмали зубов. На поверхности эмали появляются меловидные полоски и пятна; в дальнейшем происходит окрашивание эмали в коричневый цвет, флюорозные пятна увели-
Рис. 1. Флюороз зубов:
а - 1-я стадия - отдельные меловидные пятна; б - 2-я стадия - пигментация эмали; в - 3-я стадия - разрушение зубной коронки
Рис. 2. Эндемический флюороз скелета:
а - рентгенограмма с массивными обызвествлениями ребер и позвоночника; б - деформация нижних конечностей у ребенка
чиваются, появляется пигментация эмали темно-желтого или коричневого цвета, наступают необратимые изменения в зубах, касающиеся не только эмали, но иногда и дентина, вплоть до полного разрушения коронок. В течение длительного времени считалось, что флюороз выражается только элективным поражением зубов и скелета (рис. 2).
Однако фтор поражает многие органы и ткани.
При длительном (в течение 10-20 лет) потреблении воды с концентрацией фтора 10 мг/ли выше могут наблюдаться изменения со стороны костно-суставного аппарата: остеосклероз, диффузный остеопороз, костные отложения на ребрах, деформация скелета. Фтор имеет исключительное сродство ко всем кальцинированным тканям и внетканевым отложениям кальция. Поэтому часто атеро-склеротические изменения сосудов сопровождаются местными отложениями фтора. Таким же вторичным фторозом часто сопровождается желчно-каменная и мочекаменная болезнь.
В стандарте США принят новый подход к нормированию фтора в питьевой воде. Оптимальный уровень фтора для каждого населенного места зависит от климатических условий. Количество выпитой воды, а следовательно, и количество фтора, которое посту-
пает в организм человека, в первую очередь зависит от температуры воздуха. Поэтому в южных районах, там, где человек выпивает большее количество воды, а следовательно, и фтора вводит больше, содержание его в 1 л устанавливается на меньшем уровне.
Признание роли климатического фактора, определяющего различное количество потребляемой воды, в связи с характерным для фтора крайне ограниченным диапазоном доз от биологически полезных до токсических было учтено при нормировании фтора
в СанПиН 2.1.4.1074-01.
При искусственном фторировании воды концентрация фтора должна поддерживаться на уровне 70-80 % от нормативов, принятых для каждого климатического района. Наиболее действенной профилактической мерой по борьбе с кариесом зубов является фторирование воды на водопроводных станциях.
Нитратно-нитритная метгемоглобинемия. До 1950-х гг. нитраты питьевых вод рассматривались как санитарный показатель, характеризующий конечный продукт минерализации органических загрязнений. В настоящее время нитраты питьевых вод рассматриваются и как токсикологический фактор. Впервые о токсической роли нитратов в питьевой воде высказал предположение в 1945 г. профессор Х. Комли. Однако способность нитратов вызывать мет-гемоглобинемию была известна задолго до Х. Комли. Еще в середине прошлого столетия (в 1868 г.) Гемджи удалось доказать, что добавление амилнитрата к крови ведет к образованию метгемо-глобина.
Х. Комли впервые пришел к выводу о том, что метгемоглобине-мия может быть обусловлена употреблением воды с высокой концентрацией нитратов. С этого сообщения практически началось изучение нитратов питьевой воды как фактора заболеваемости населения. За период с 1945 по 1950 г. Ассоциацией здравоохранения США было зарегистрировано 278 случаев метгемоглобинемии среди детей с 39 смертельными исходами, причиной которых было употребление воды с большим содержанием нитратов. Затем подобные сообщения появились во Франции, Англии, Голландии, Венгрии, Чехословакии и других странах. В 1962 г. Г. Горн и Р. Пржи-боровский сообщили о регистрации в ГДР 316 случаев метгемо-глобинемии с 29 смертельными исходами.
Каков же патогенез возникновения метгемоглобинемии водного происхождения?
У здорового человека в крови всегда имеется небольшое количество метгемоглобина (0,5-1,5 %). Этот "физиологический" мет-гемоглобин играет в организме очень важную роль, связывая ток-
сические вещества типа сульфидов, а также образующиеся в процессе метаболизма цианистые соединения. Однако у взрослого здорового человека образующийся метгемоглобин постоянно восстанавливается в гемоглобин ферментом метгемоглобинредуктазой. Метгемоглобинемией называется такое состояние организма, когда содержание метгемоглобина в крови превышает норму - 1,5 %. Метгемоглобин (или гемиглобин) образуется из гемоглобина в результате истинного окисления. Сам гемоглобин состоит из двух частей: гемма (представляет собой ферропорфирины, т. е. порфирины, соединенные с железом) и глобина.
Гемоглобин в крови распадается на гемм (Fe 2+) и глобин. Железо гемма (Fe 2+) окисляется до Fe 3+ , превращаясь в гематин, дающий стойкое соединение с О2.
Метгемоглобин - это сочетание гематина (гемиглобин) (т. е. окисленного гемма, содержащего Fe 3+) и глобина, который не способен вступать в обратимую связь с О2, переносить и отдавать его тканям.
Это то, что происходит в крови. В желудочно-кишечном тракте нитраты еще в верхних его отделах восстанавливаются нитратре-дуцирующей микрофлорой, в частности В. subtillis, до нитритов. Этот процесс активно продолжается и в кишечнике, под действием E. coli; Clostridium perfringens. Нитриты в тонком кишечнике всасываются в кровь и здесь вступают в реакцию с гемоглобином. Избыток нитратов выводится через почки.
Наиболее чувствительны к действию нитратов в питьевой воде дети до года (грудные) при условии искусственного вскармливания (смеси готовят на воде, богатой нитратами). Отсутствие кислотности в желудочном соке новорожденных (физиологическая ахилия) ведет к заселению верхних отделов желудочно-кишечного тракта нитрифицирующими бактериями, которые восстанавливают нитраты в нитриты прежде, чем они успевают полностью всосаться. У детей более старшего возраста кислотность желудочного сока подавляет рост нитрифицирующей микрофлоры. Другим фактором, влияющим на повышенную всасываемость нитритов, является повреждение слизистой оболочки кишечника.
Немаловажную роль в возникновении метгемоглобинемии играет наличие у детей раннего грудного возраста фетального гемоглобина, который гораздо быстрее окисляется в метгемоглобин, чем гемоглобин взрослых. Кроме того, этому способствует и чисто физиологическая особенность грудного возраста - отсутствие фермента метгемоглобинредуктазы, восстанавливающей метгемоглобин в гемоглобин.
Сущность заболевания сводится к тому, что большая или меньшая часть гемоглобина заболевшего ребенка переводится в мет-гемоглобин. Нарушается доставка кислорода тканям, вызывая ту или иную степень кислородного голодания.
Уровень метгемоглобина, превышающий 10 %, является для организма критическим и вызывает снижение оксигенации артериальной и венозной крови, глубокое нарушение внутреннего дыхания с накоплением молочной кислоты, появление цианоза, тахикардии, психического возбуждения, сменяющегося комой.
Долгое время считалось, что метгемоглобинемией могут болеть только дети раннего грудного возраста. Профессор Ф. Н. Субботин (1961), обследуя детские коллективы в Ленинградской области, установил, что и дети более старшего возраста, от 3 до 7 лет, также реагируют образованием МШЬ при употреблении воды, содержащей нитраты. При этом выраженных клинических симптомов не наблюдается, но при более тщательном обследовании детей имеют место изменения со стороны ЦНС, сердечно-сосудистой системы, насыщение крови О 2 . Эта симптоматика проявляется в условиях повышенной физической нагрузки. К этому фактору (повышенному содержанию NO 3) чувствительны больные с патологией верхних дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы.
Эндемический зоб. Физиологическое значение йода определяется участием в синтезе гормона щитовидной железы - тироксина. При этом специфическая гормональная функция щитовидной железы обеспечивается поступлением йода в организм извне: главным образом с пищей, а также с водой.
Зоб - это стойкое увеличение щитовидной железы, обусловленное гиперплазией тиреоидной паренхимы, является наиболее известной и широко распространенной в Европе и Америке геохимической эндемией.
Очаги эндемического зоба наблюдаются главным образом в высокогорных областях в глубине континентов (некоторые районы Альп, Гималаев, Карпат, Памира, Кавказа и др.). Реже эти очаги локализуются по водоразделам рек в местностях лесистых, торфяно-болотистых с подзолистыми почвами (район Ладожского озера, некоторые районы Сибири,
рис. 3, 4).
Рис. 3. Зоб (увеличение щитовидной железы 4-й степени)
Рис. 4. Эндемический зоб, кретинизм
Женщины более склонны к этому заболеванию, чем мужчины, что подтверждает статистика. В тяжелых очагах женщины болеют в 3 раза чаще мужчин (1: 1 до 1: 3), в очагах средней тяжести соотношение составляет от 1: 3 до 1: 5, в легких - от 1: 5 до 1: 7.
В возникновении эндемического зоба большая роль отводилась водному фактору, т. е. недостатку йода в воде. В действительности это не совсем так.
Суточная потребность в йоде составляет 100-200 мкг йода в сутки. В то же время суточный баланс йода составляет 120-125 мкг (по А. П. Виноградову) и складывается:
70 мкг - из растительной пищи;
40 мкг - из животной пищи;
5 мкг - из воды;
5 мкг - из воздуха.
Таким образом, физиологически необходимые количества йода организм получает не с питьевой водой, а с продуктами питания. Это подтверждается и тем, что водопроводная вода Москвы, Санкт-Петербурга содержит исключительно мало йода (1,6 мкг/л), однако в этих городах нет эндемического зоба, так как население их питается привозными продуктами, обеспечивающими благоприятный йодный баланс. Поэтому имеется достаточно оснований считать, что в возникновении эндемического зоба основная роль принадлежит пищевому фактору.
Низкое содержание йода в питьевой воде не служит непосредственной причиной заболевания населения эндемическим зо-
бом. Однако малая концентрация йода в водных источниках данной местности может иметь сигнальное значение, свидетельствуя о неблагоприятных местных природных условиях, способных вызвать зобную эндемию.
К основным мерам профилактики следует отнести йодирование поваренной соли.
6.8. ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАДИЦИОННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И КОНСЕРВАЦИИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
Обеспечение населения доброкачественной питьевой водой в настоящее время является не только гигиенической, но и актуальной научно-технической и социальной проблемой. Это обусловлено многими причинами и, в первую очередь, интенсивным загрязнением водоисточников, что формирует дефицит воды питьевого качества. Проблема эпидемиологической опасности актуальна для всех регионов России, ибо сегодня доказано, что 2 /3 водоисточников на территории страны не отвечают гигиеническим требованиям.
Если в 1960-1970-е гг. удалось стабилизировать, а в ряде стран снизить процент эпидемических заболеваний водного характера, то уже с середины 1980-х гг., особенно в последние 10-15 лет, наблюдается интенсивный рост такой патологии. Более того, появляются новые формы инфекций, передающиеся через воду, изменяется характер циркуляции возбудителя в водной среде.
Так, первичный занос в Россию даже такой классической водной инфекции, как холера, не завершился становлением полного эпидемиологического благополучия, а создал предпосылку для циркуляции возбудителя в окружающей среде. Это обусловлено появлением нового, более устойчивого в окружающей среде, типа холерного вибриона - Эль-тор.
Возрос процент вирусных инфекций. Эта проблема очень актуальна для всех стран мира, и особенно для России. Известно более 100 различных возбудителей тяжелых вирусных заболеваний водного происхождения, таких как полиомиелит, гепатиты А и Е, менингит, миокардит, гастроэнтерит. Идентифицированы новые вирусы малых круглых структур как причины острых гастроэнтеритов (США, Австралия, Япония). Только за 1995 г. в России зарегистрировано более 68 тыс. случаев этого заболевания.
Более того, отмечается появление новых возбудителей или возможность передачи с водой тех заболеваний, роль которых в инфекционной патологии человека ранее считалась гипотетической. Так, из систем горячего водоснабжения выделены легионеллы, которые могут вызывать тяжелые атипичные пневмонии. Заражение происходит ингаляционным путем в душе, вблизи термальных вод, фонтанов и т. д. Усугубляет эту ситуацию несовершенство современных систем водоснабжения. Материалы обследования 49 наиболее централизованных систем водоснабжения на территории Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей подтверждают это.
Из общего числа обследованных водопроводов на 36 станциях набор очистных сооружений не соответствует классу водоисточника, включает традиционный блок фильтрации, коагуляции и отстойников с обеззараживанием жидким хлором. Отсутствуют современные элементы доочистки (микрофильтрация, окислительные и сорбционные методы обработки воды). Снижена барьерная функция водопроводов и плохое санитарно-техническое состояние разводящих систем.
В отдельных районах Ленинградской, Архангельской и Вологодской областей велик процент проб питьевой воды (от 48 до 65 %), не благополучных по бактериологическим показателям. Растет уровень заболеваемости ротавирусной инфекцией. Так, в Вологодской области динамика заболеваемости ротавирусной инфекцией имеет выраженную тенденцию к росту. Уровень регистрируемой заболеваемости вирусными диареями и гастроэнтеритами в этом регионе более чем в 8 раз превышает федеральный уровень.
В связи с этим обеззараживание питьевой воды как средство профилактики эпидемических заболеваний является наиболее значимым среди всех процессов кондиционирования.
В настоящее время особую актуальность приобретают вопросы обеззараживания питьевой воды не только в условиях централизованного хозяйственного питьевого водоснабжения, но и на автономных объектах: в малых населенных пунктах, на экспедиционных базах, морских судах.
Серьезно осложняется обеспечение доброкачественной питьевой водой во время стихийных бедствий, эпидемий, вооруженных конфликтов, крупных аварий, когда источники водоснабжения, как правило, загрязнены и определенное время люди снабжаются привозной питьевой водой. В таких случаях возникает необходимость использовать эффективные способы обеззараживания и консервирования воды.
Существует много способов обеззараживания питьевых вод, и каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. В практике подготовки принято условно разделять способы обеззараживания воды на реагентные (химические), безреагентные (физические) и комбинированные.
К химическим способам обеззараживания питьевой воды относятся: хлорирование, озонирование, использование препаратов серебра, йода, меди и некоторых других реагентов (перекись водорода).
Если первые два способа получили широкое распространение на очистных сооружениях водопровода, то последующие применяются при обеззараживании небольших объемов воды на автономных объектах, в полевых и экстремальных условиях водоснабжения.
Хлорирование - наиболее распространенный способ обеззараживания воды как в нашей стране, так и за рубежом.
Хлорирование осуществляется: газообразным хлором, диоксидом хлора или веществами, содержащими активный хлор, хлорной известью, гипохлоритами, хлораминами и др.
История хлорирования воды как метода ее обеззараживания берет свое начало с 1853 г., когда русский врач П. Карачанов предложил в своей брошюре "О способах очищения воды" использовать хлорную известь и описывал способ ее применения. Это предложение не было оценено и вскоре было забыто. Через 40 лет австрийский врач Траубе (1894) вновь предложил хлорную известь для обеззараживания воды, основываясь на микробиологических исследованиях Коха. В практике городского водоснабжения впервые хлорирование было применено в Кронштадте в 1910 г. В 1912 г. начали хлорировать воду в Петербурге.
Таким образом, действующим началом при хлорировании воды является свободный хлор, гипохлоритная кислота и ее анион, объединяемые в понятие "активный хлор". Так как на свету гипохло-ритная кислота может распадаться с выделением атомарного кислорода, обладающего сильным окислительным действием, некоторые авторы включают в это понятие атомарный кислород:
Достоинствами хлорирования являются:
Широкий спектр антимикробного действия в отношении вегетативных форм;
Экономичность;
Простота технологического оформления;
Наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.
Вместе с тем хлорирование имеет ряд существенных недостатков:
Хлор и его препараты являются токсичными соединениями, поэтому работа с ними требует строгого соблюдения техники безопасности;
Хлор воздействует в основном на вегетативные формы микроорганизмов, при этом грамположительные формы бактерий более устойчивы к его действию, чем грамотрицательные;
Хлор ухудшает органолептические показатели и приводит к денатурации воды.
Спороцидный эффект проявляется при высоких концентрациях активного хлора 200-300 мг/л и экспозиции от 1,5 до 24 ч. Вирулицидное действие наблюдается при концентрациях активного хлора от 0,5 до 100 мг/л. Высокорезистентными к действию хло ра являются цисты простейших и яйца гельминтов. Хлорирование воды способствовало появлению микроорганизмов, устойчивых к хлору.
Следует отметить, что эффективность обеззараживания хлором существенно зависит как от биологической характеристики микроорганизмов, так и от химического состава воды и экспозиции. Так, поверхностно-активные вещества препятствуют реализации бактерицидного процесса обеззараживания и даже проявляют стимулирующее действие, вызывая размножение микрофлоры.
В середине 1970-х гг. было доказано, что хлорирование питьевых вод способствует образованию галогенсодержащих соединений, обладающих отдаленными биологическими эффектами - мутагенным и канцерогенным. В реакцию с хлором вступают очень многие органические вещества, их называют "предшественниками". Вопрос о предшественниках образования хлорорганических соединений (ХОС) сложен и до конца не решен. В настоящее время в качестве предшественников ХОС изучено около 80 различных веществ. Наибольшее количество хлорированного материала продуцируют гуминовые кислоты, танины, хиноины, органические кислоты, фенолы и их производные, анилин и другие органические вещества.
Гигиеническая значимость ХОС, образующихся при хлорировании воды, различна. Одни из них в исчезающе малых концентрациях придают воде резкий неприятный запах (монохлорфенолы), тем самым сразу обнаруживая себя в воде; другие обладают выраженными токсическими эффектами, проявляют себя как канцеро-
гены и мутагены (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлор-этилены и др.). Спектр ХОС, выделенных из питьевой воды, в различных странах идентичен и свидетельствует о том, что эта проблема актуальна для многих стран. Образуется целый ряд ХОС в микрограммовых количествах, однако наибольший процент (до 70-80 %) составляет хлороформ. Концентрация последнего может достигать 800 мкг/ли более.
К наиболее приоритетным из них были отнесены 10 веществ: хлороформ, четыреххлористый углерод, дихлорбромметан, дибром-хлорметан, три- и тетрахлорэтилен, бромоформ, дихлорметан, 1,2-дихлорэтан и 1,2-дихлорэтилен.
Насколько реальна опасность для здоровья человека ХОС питьевой воды? Ряд онкоэпидемиологических исследований, проведенных в США, Канаде, ФРГ, предполагают зависимость между содержанием в питьевой воде ХОС и онкологической заболеваемостью, особенно уровнем онкологии ЖКТ и мочевыделительной системы.
Существует предположение, что токсикология хлорированных вод обусловлена не столько летучими низкомолекулярными хлор-органическими соединениями, сколько стабильными высокомолекулярными веществами, спектр которых до настоящего времени не расшифрован и которые составляют большую часть (до 90 %) продуктов хлорирования, но остаются не учтенными.
Перспективным является хлорирование с использованием ги-похлорита натрия, который получают из поваренной соли методом электролиза. Выпускаются электролизные установки для малых водопроводных станций и более мощные - для станций производительностью до 300 тыс. м 3 /сут.
Использование гипохлорита натрия:
Более безопасно и экономично;
Уменьшает коррозию оборудования и трубопроводов. Уменьшение образования ХОС в питьевой воде возможно за счет:
Предотвращения их образования;
Удаления на заключительном этапе.
Целесообразнее и экономичнее предотвратить образование
ХОС.
Это достигается:
Изменением режима хлорирования;
Заменой жидкого хлора другими окислителями (диоксидом С1, хлораминами, озоном и т. д.);
Использованием комбинированных методов на стадии первичного обеззараживания.
Первичное хлорирование очень распространено на отечественных водопроводах, ведется большими дозами, так как цель его не только обеззараживание, но и борьба с планктоном, снижение цветности, интенсификация процессов коагуляции, дезинфекции водоочистных сооружений.
Следует изменить режим хлорирования: вести его меньшими дозами (1,5-2 мг/л) или использовать дробное хлорирование (доза С1 вводится небольшими порциями - частично перед сооружениями 1-й ступени очистки, частично перед фильтрацией). Изменение режима хлорирования уменьшает образование ХОС на 15-30 %. При высоких концентрациях органических загрязнений следует исключить первичное хлорирование, заменив его периодическим (с целью санитарной обработки сооружений).
В процессе традиционной обработки (коагулирования, отстаивания и фильтрации) удаляется до 50 % органических загрязнений, а следовательно, снижается и образование ХОС. Если отказаться нельзя, то можно заменить хлор другими окислителями.
Озон на стадии первичной обработки на 70-80 % снижает образование ХОС. При совместном использовании озонирование должно предшествовать хлорированию. Можно газообразный хлор заменить хлораминами. Аммонизацию в целях снижения ХОС можно проводить на разных этапах. На стадии предварительной обработки можно вместо хлора использовать ультрафиолетовое излучение (УФИ), при этом содержание ХОС снижается
на 50 %.
Озонирование. Альтернативным хлору дезинфектантом, который в настоящее время используется более чем на 1000 водопроводных станциях в Европе, является озон. В России озон используется на водопроводах Москвы и Нижнего Новгорода.
Озон обладает более широким спектром действия как дезин-фектант (уменьшает вирулентность брюшнотифозных, паратифозных и дизентерийных бактерий, оказывает активное влияние на споровые формы и вирусы). Обеззараживающее действие озона в 15-20 раз, а на споровые формы бактерий примерно в 300- 600 раз сильнее действия хлора. Высокий вирулицидный эффект (до 99,9 %) озона отмечается при реальных для практики водоснабжения концентрациях 0,5-0,8 мг/ли экспозиции 12 мин. Исследования последних лет показали высокую эффективность озона при уничтожении в воде патогенных простейших.
Озон улучшает органолептические и физические свойства воды (устраняет свойственные питьевой воде привкусы и запахи, уменьшает цветность воды, разрушая гуминовые кислоты до углекис-
лого газа и летучих слабоокрашенных кислот типа креновых). Кроме того, озон придает воде отчетливый голубоватый оттенок, а также активно удаляет фитопланктон из воды; обезвреживает в воде такие химические соединения, как фенолы, нефтепродукты, пестициды (карбофос, метафос, трихлометафос-3 и др.), а также поверхностно-активные вещества (ПАВ). Применение озона уменьшает использование коагулянтов, позволяет снизить дозу хлора и отказаться от первичного хлорирования, которое является основной причиной образования ХОС.
К преимуществам озонирования следует отнести наличие способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания, отработанные технологические схемы получения реагента.
Озонирование, как и хлорирование, не лишено недостатков: озон является взрывоопасным и токсичным реагентом; на порядок более дорогой способ, чем хлорирование; быстрое разложение озона (20-20 мин) ограничивает его применение; после озонирования нередко наблюдается значительный рост микрофлоры.
Кроме того, озонирование воды сопровождается образованием побочных продуктов, небезразличных для здоровья человека. Озон вступает в сложные химические реакции, которые зависят от рН среды. В щелочных системах могут образовываться свободные гид-роксильные радикалы. При озонировании питьевых вод образуются альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, гидроксилированные и алифатические ароматические соединения, в частности формальдегид, бензальдегид, ацетальдегид и др.
Однако продукты озонирования менее токсичны для экспериментальных животных, чем продукты хлорирования, и не обладают, в отличие от последних, отдаленными биологическими эффектами. Это было доказано в экспериментах с продуктами деструкции наиболее распространенных групп химических соединений: фенолов, углеводородов, бензина, пестицидов.
При озонировании воды существуют проблемы и технологического порядка. Эффективность озонирования зависит от рН, уровня загрязнения воды, щелочности, жесткости, мутности и цветности воды. В результате озонирования природных вод увеличивается количество биоразлагаемых органических соединений, что является причиной вторичного загрязнения воды в распределительной сети; снижается санитарная надежность систем водоснабжения. Для устранения повторного роста микроорганизмов в распределительной сети и пролонгирования эффекта обеззараживания озонирование необходимо сочетать с вторичным хлорированием и аммонизацией.
Возможны следующие варианты озонирования:
Одноступенное озонирование: использование озона на стадии предварительной обработки воды или после ее коагуляции перед фильтрацией. Цель - окисление легкоокисляемых веществ, улучшение процесса коагулирования, частичное обеззараживание;
Двухступенное озонирование: предварительное и после коагуляции. Вторичное более глубоко окисляет остаточные загрязнения, повышает эффект последующей сорбционной очистки;
Трехступенное озонирование: предварительное, после коагуляции и перед распределительной сетью. Заключительное обеспечивает полное обеззараживание и улучшает органолептические свойства воды.
Режим обработки и схему озонирования выбирают на основании данных физико-химического анализа воды.
Озонирование, как правило, не исключает хлорирования, так как озон не обладает пролонгирующим действием, поэтому на заключительном этапе должен применяться хлор. Озон может нарушать процесс коагуляции. При озонировании должна быть предусмотрена сорбционная ступень очистки. В каждом случае должны проводиться предпроектные технологические исследования.
В настоящее время возрос интерес к перекиси водорода, как обеззараживающему агенту, обеспечивающему осуществление технологических процессов без образования токсичных продуктов, загрязняющих окружающую среду. Предположительно, основным механизмом антибактериального действия перекиси водорода является образование супероксидных и гидроксильных радикалов, которые могут оказывать бактерицидное действие.
Наиболее распространенным из химических способов обеззараживания и консервации воды на автономных объектах является использование ионов серебра.
Практический опыт применения серебра и его препаратов с целью обеззараживания и консервации питьевой воды накапливается человечеством на протяжении многих веков. Установлен высокий бактерицидный эффект ионов серебра уже в концентрации 0,05 мг/л. Серебро обладает широким спектром антимикробного действия, подавляя бактерии и вирусы.
Наибольшее распространение получило использование электролитического или анодорастворимого серебра. Электролитическое введение реагентов позволяет автоматизировать процесс обеззараживания воды, а образующиеся при этом на аноде ионы гипохло-
рита и перекисных соединений усиливают бактерицидное действие анодорастворимого серебра. К достоинствам способа относится возможность автоматизации процесса и точного дозирования реагента. Серебро оказывает выраженное последействие, что позволяет консервировать воду на срок до 6 мес. и более. Однако серебро дорогой и весьма дефицитный реагент. На его антимикробное действие заметно влияют физико-химические свойства обрабатываемой воды.
Эффективными рабочими концентрациями серебра, особенно в практике обеззараживания воды на кораблях и других автономных объектах, являются 0,2-0,4 мг/л и выше. Вирулицидное действие его ионов проявляется только при высоких концентрациях - 0,5-10 мг/л, что существенно выше ПДК, которая установлена по токсикологическому признаку вредности и составляет 0,05 мг/л. В связи с этим обработка серебром рекомендуется для обеззараживания и консервации небольших объемов воды на объектах с автономными системами водоснабжения.
С целью снижения высоких концентраций серебра предложено использовать его в комбинации с постоянным электрическим полем, некоторыми окислителями, физическими факторами. Например, комбинированная обработка ионами серебра в концентрации 0,05 мг/л с наложением постоянного электрического поля напряженностью 30 В/см.
В практике обеззараживания питьевой воды все большее место находит применение ионов меди, которые, как и серебро, оказывают выраженное бактерицидное и вирулицидное действие, но в еще больших концентрациях, чем серебро. Предложен способ консервации питьевой воды ионами меди в концентрации 0,3 мг/л с последующей обработкой в постоянном электрическом поле напряженностью 30 В/см.
В настоящее время для консервации воды широко используется комбинация хлорирования с введением серебра и меди, что позволяет избежать некоторых сопутствующих хлорированию недостатков и продлить срок хранения воды до 7 мес. Хлорсеребренный и хлормедный способы заключаются в одновременной обработке воды хлором в дозе 1,0 мг/л и ионами серебра или меди в концентрации 0,05-0,2 мг/л.
Для обеззараживания индивидуальных количеств воды могут быть использованы препараты йода, которые, в отличие от препаратов хлора, действуют быстрее, не ухудшают органолептические свойства воды. Бактерицидный эффект йода обеспечивается при концентрации 1,0 мг/ли экспозиции 20-30 мин. Вирулицидное
Важные преимущества перед химическими методами обеззараживания воды имеют безреагентные методы ее обработки, с использованием ультрафиолетового и ионизирующего излучения, ультразвуковых колебаний, термической обработки, а также высоковольтные импульсные электрические разряды - ВИЭР (20- 40 кВ) и низкоэнергетические импульсные электрические разряды - НИЭР (1-10 кВ). Одним из наиболее перспективных является метод ультрафиолетовой обработки воды. Метод имеет много преимуществ, в первую очередь характеризуется широким спектром антибактериального действия с включением споровых и вирусных форм и короткой экспозицией, исчисляемой несколькими секундами.
Наибольшей чувствительностью к действию ультрафиолетового излучения (УФИ) обладают вегетативные формы, затем вирусы, споровые формы и цисты простейших. Весьма перспективным считается использование импульсной ультрафиолетовой обработки (УФ-обработки).
К преимуществам УФИ следует также отнести:
Сохранение природных свойств воды; УФИ не денатурирует воду, не изменяет вкус и запах воды;
Отсутствие опасности передозировки;
Улучшение условий труда персонала, так как исключаются из обращения вредные вещества;
Высокая производительность и простота эксплуатации;
Возможность полной автоматизации.
Эффективность УФ-обеззараживания не зависит от рН и температуры воды.
В то же время метод имеет ряд недостатков, и, для того чтобы достичь эффекта обеззараживания, следует помнить, что бактерицидный эффект зависит от: мощности источников УФИ (низкого и высокого давления); качества обеззараживаемой воды и чувствительности различных микроорганизмов.
По конструкции источники УФИ делятся на лампы с отражателями и лампы с закрытыми кварцевыми чехлами. УФ-лампы с отражателями используются в установках непогружного типа, когда отсутствует непосредственный контакт с водой, но они неэффективны. Для обеззараживания питьевой воды чаще применяются
лампы погружного типа с защитными кварцевыми чехлами - более эффективны, обеспечивают равномерное распределение дозы облучения во всем объеме воды.
Проникновение УФ-лучей в воду сопровождается их поглощением веществами, находящимися во взвешенном и растворенном состоянии. Поэтому, с учетом эксплуатационной и экономической целесообразности, УФ-обеззараживание может быть использовано только для обработки воды с цветностью не более 50° по Сг-Со-шкале, мутностью до 30 мг/л и содержанием железа до 5,0 мг/л. Минеральный состав воды влияет не только на эффект обеззараживания, но и на образование осадка на поверхности чехлов.
К недостаткам УФ-облучения следует отнести: образование озона, содержание которого следует контролировать в воздухе рабочей зоны; данная технология не имеет последействия, что делает возможным вторичный рост бактерий в распределительной сети.
УФИ в технологии водоподготовки питьевой воды может быть использовано на этапе:
Предварительного обеззараживания как метод, альтернативный первичному хлорированию при соответствующем качестве воды водоисточника, либо в комбинации с хлором, доза хлора сокращается на 15-100 %. Это снижает уровень образования ХОС и микробного загрязнения;
Для заключительного обеззараживания. На этом этапе УФО используется как самостоятельный метод и в сочетании с реагент-ными методами.
Ионизирующее излучение. Для обеззараживания воды можно использовать ионизирующее излучение, которое оказывает выраженное бактерицидное действие. Доза γ-излучения порядка 25 000-50 000 Р вызывает гибель практически всех видов микроорганизмов, а доза 100 000 Р освобождает воду от вирусов. К числу недостатков способа относятся: строгие требования к технике безопасности для обслуживающего персонала; ограниченное число подобных источников излучения; отсутствие последействия
и способа оперативного контроля за эффективностью обеззараживания.
Ультразвуковые колебания. Применению ультразвуковых колебаний (УЗК) для обеззараживания воды было посвящено большое количество работ как отечественных, так и зарубежных авторов.
К преимуществам УЗК можно отнести следующие: широкий спектр антимикробного действия; отсутствие отрицательного влияния на органолептические свойства воды; независимость бактерицидного действия от основных физико-химических параметров воды; возможность автоматизации процесса.
Вместе с тем многие теоретические, научные и технологические основы использования УЗК до настоящего времени не разработаны. В результате возникают трудности при определении оптимальной интенсивности колебаний и их частоты, времени озвучивания и других параметров процесса.
Все большее распространение в подготовке питьевой воды получают адсорбционные методы. На активированном угле (АУ), самом универсальном адсорбенте, или более дешевом антраците задерживается большая часть органических соединений; высокомолекулярные олефины, амины, карбоновые кислоты, растворимые органические красители, поверхностно-активные вещества (в том числе и бионеразлагаемые), ароматические углеводороды и их производные, хлорорганические соединения (в частности, пестициды). Эти соединения лучше сорбируются на гранулированных АУ, чем на порошкообразных АУ. Исключение составляют компоненты, придающие природным водам вкус и запах, которые лучше сорбируются ПАУ.
Сорбция на АУ неэффективна для устранения из воды низкомолекулярных ХОС, высокомолекулярных гуминовых веществ и радиоактивных соединений. Более того, в присутствии гуминовых кислот время сорбции полихлорированных бифенилов увеличивается в 5 раз по сравнению с их адсорбцией из деионизированной и дистиллированной воды. Поэтому гуминовые соединения лучше удалять до фильтрации на углях (например, коагуляцией или фильтрацией на синтетических сорбентах). АУ, поглощая хлор, повышают опасность бактериального загрязнения питьевых вод, требуют частой регенерации, неэкономичны.
Синтетические и природные сорбенты обладают более высокой сорбционной способностью, но часто удаляют лишь отдельные органические загрязнения. Так, синтетические углеродистые смолы, а также цеолиты (природные сорбенты) эффективно устра-
няют из питьевой воды низкомолекулярные ХОС, в том числе хлороформ и хлорэтилены. Особенно эффективны в этом отношении волоконные сорбенты и специальные композиционные сорбцион-но-активные материалы (КСАМ).
Таким образом, адсорбционные методы являются весьма эффективной технологией удаления органических загрязнений. Например, в США на их основе разработаны малогабаритные установки (до 140 м 3 /сут), позволяющие получать в полевых условиях питьевую воду даже из сточных вод душевых, кухонь, прачечных.
Недостатки:
Высокая себестоимость для обезвреживания отдельных пол-лютантов, обусловленная проблемой регенерации АУ;
Низкая эффективность относительно низкомолекулярных органических соединений, гуминовых кислот, радона. Более того, радон разрушает АУ и делает его радиоактивным;
АУ поглощает хлор - опасность вторичной бактериальной загрязненности воды в распределительной сети.
К технологиям XXI в. отнесены ионообменный и мембранные методы обработки питьевых вод. Ионный обмен эффективно используется для умягчения и полного обессоливания воды, извлечения нитратов, арсенатов, карбонатов, соединений ртути и других тяжелых металлов, а также органических и радиоактивных соединений. Однако многие специалисты считают его экологически опасным, так как со стоками ионообменных установок после химической регенерации ионообменников сбрасывается огромное количество минеральных веществ, что приводит к постепенной минерализации водных объектов.
Наибольшее признание в водоподготовке получили баромемб-ранные процессы: микрофильтрация (МФТ), ультрафильтрация (УФТ) и обратный осмос (ОО), а также нанофильтрация (НФТ). Микрофильтрационные мембраны эффективны для обеззараживания воды, задерживая бактерии и вирусы. Современные передовые технологии с успехом используют этот метод, альтернативный хлорированию и озонированию.
Микро- и ультрафильтрация позволяет обеззараживать воду до уровня, соответствующего стандарту питьевой воды, а также отделять высокомолекулярные соединения, такие как гуминовые кислоты, лигниносульфоны, нефтепродукты, красители и др. Для очистки воды от низкомолекулярных тригалометанов (ТГМ), таких как четыреххлористый углерод, 1,1,1-трихлорэтилен, 1,1-дихлорэти-лен, 1,2-дихлорэтан, 1,1,1-трихлорэтан, бензол и др., рациональнее использовать обратный осмос либо предварительную обработку
воды коагулянтом. Обратный осмос используют для обессолива-ния морских вод.
Нанофильтрация - один из наиболее перспективных методов водоподготовки. Используются мембраны с размером пор порядка нанометра. Фильтрация осуществляется под давлением. Устраняются гуминовые и фульвокислоты на 99 %, вода обесцвечивается.
Недостатком мембранных методов является обессоливание питьевых вод, что требует последующей коррекции микроэлементного и солевого состава воды.
Таким образом, мембранная обработка позволяет получать воду с предельно низким содержанием загрязняющих веществ; мембранные модули очень компактны, капитальные и эксплуатационные затраты на мембранную сепарацию невелики. Все это привело к промышленному выпуску высококачественных мембран и широкому распространению баромембранных процессов в водоподго-товке развитых стран - Франции, Англии, Германии, Японии, США. При этом в одном только штате Флорида (США) мембранные процессы внедрены на 100 станциях водоочистки.
В настоящее время рассматривается возможность использования импульсных электрических разрядов (ИЭР) для обеззараживания воды. Высоковольтный разряд (20-100 кВ) происходит за считаные доли секунды и сопровождается мощными гидравлическими процессами с образованием ударных волн и явлений кавитации, возникновением импульсных УФИ и УЗК, импульсных магнитных и электрических полей.
Импульсный электрический разряд высокоэффективен в отношении бактерий, вирусов и спор при короткой экспозиции. Эффект практически не зависит от концентрации микроорганизмов и их вида, мало зависит от органических и неорганических примесей, присутствующих в обрабатываемой воде. На выраженность бактерицидного эффекта ИЭР влияют величина рабочего напряжения и межэлектродного промежутка, емкость конденсаторов, суммарная плотность энергии обработки (в Дж/мл или кДж/мл) и ряд других технических параметров. Энергоемкость ИЭР в пилотных исследованиях составляла 0,2 кВт? ч/м 3 , т. е. была сопоставима с таковой при озонировании. Имеются сообщения о бактерицидном действии не только высоковольтных ИЭР, но и ИЭР малой мощности и напряжения (до 0,5 кВт).
К недостаткам обеззараживания воды высоковольтными ИЭР относятся:
Сравнительно высокая энергоемкость и сложность используемой аппаратуры;
Несовершенство метода оперативного контроля за эффективностью обеззараживания;
Недостаточная степень изученности механизма действия разряда на микроорганизмы, а значит, и роли каждой составляющей данного комбинированного способа.
Особый интерес вызывают исследования, посвященные оценке обеззараживания воды низкоэнергетическими ИЭР (НИЭР). Данная технология отличается от воздействия высоковольтных разрядов на порядок более низким значением рабочего напряжения (1-10 кВ) и энергии единичного импульса, относясь к категории так называемого "мягкого" разряда. Особенностью биологического действия НИЭР в воде является комбинированное влияние на микроорганизмы уже упомянутых импульсных физических факторов и химической составляющей, образующихся в зоне разряда свободных радикалов. Кроме того, НИЭР обладает выраженным последействием, которое связывают с образующимися ионами металлов (серебра, меди), выделяющихся с электродов в процессе разряда. Это обстоятельство позволяет рассматривать НИЭР как комбинированный физико-химический способ обеззараживания питьевой воды. Выгодно отличаясь от высоковольтных ИЭР меньшими энергозатратами, НИЭР при прочих равных условиях оказывает более выраженное бактерицидное действие. Эффективность бактерицидного действия НИЭР обратно пропорциональна величине рабочего напряжения, а оптимальное значение последнего приближается к 3 кВт. Комплексная гигиеническая оценка данной технологии, проведенная рядом авторов, позволяет рассматривать НИЭР как перспективный способ обеззараживания питьевой воды.
Однако большинство исследователей и практика подготовки питьевых вод показывают, что для обеспечения основных требований к питьевой воде, на которых базируются стандарты всех стран (безопасность в эпидемическом отношении, безвредность по химическому составу и благоприятность органолептических свойств), необходимо использовать комбинированные физико-химические методы обработки воды.
Предварительная оценка существующих и разрабатываемых комбинированных способов обеззараживания питьевой воды свидетельствует, что наилучшие перспективы в будущем имеют физико-химические способы, относящиеся к группе фотоокислительных технологий, и электрохимические способы, в частности воздействие НИЭР. А именно, комбинации химических окислителей (озона, хлора) и ультрафиолета (фотокатализ) либо перекиси водорода
и озона; ионов серебра и меди с ультрафиолетом, что уменьшает коррозионные свойства дезинфектантов.
Преимущества комбинированных методов:
Больший бактерицидный эффект;
Улучшение физических и органолептических свойств воды;
Окисляются органические соединения воды и, что очень важно, продукты их распада. Так, например, при окислении фенола О3 образуются формальдегид, ацетальдегид и др., которые удаляются в процессе последующей обработки ультрафиолетом;
Более эффективно удаляются продукты деструкции таких органических соединений, как хлорсодержащие пестициды, синтетические моющие средства, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ);
Достаточно дешевы, просты в техническом исполнении, обладают эффектом последействия, имеется экспресс-метод контроля.
Обезжелезивание питьевых вод. Железо может находиться в воде в двух формах: в подземных водах в виде растворенных солей двухвалентного железа (бикарбонаты, сульфаты, хлориды); в поверхностных водах в виде коллоидных, тонкодисперсных взвесей, гуматов Fe-Fe(OH) 2 и Fe(OH) 3 ; FeS. Вне зависимости от форм и концентраций железа, такие воды всегда содержат железобактерии, которые в подземном горизонте без О2 неактивны. При подъеме на поверхность и обогащении воды О2 железобактерии бурно развиваются и способствуют коррозии и вторичному загрязнению воды железом.
В отечественной практике коммунального водоснабжения обез-железивание проводится преимущественно аэрацией. При этом двухвалентное железо окисляется до железа, последнее в кислой среде минерализуется:
Наиболее распространены способы глубокой аэрации с вентиляционным дегазатором и упрощенной аэрацией; каталитическое окисление железа непосредственно на фильтрах.
Эти методы малоэффективны, так как:
Используемые материалы имеют низкую пористость - до 60 %, т. е. 40 % объема фильтра не участвуют в этом процессе;
Наиболее эффективны песчаные фильтры, но они малопроизводительны;
При простой аэрации Fe 2+ не окисляется, не образует фло-
ков;
Каталитические реакции идут в самом теле фильтра, при этом образуется пленка из биогенных элементов и фильтры выходят из строя.
Известкование - применяется, если железо находится в виде сульфатов. Обработка известью приводит к образованию гидроокиси железа, которая осаждается.
Наиболее перспективна многоступенчатая окислительно-сорб-ционная технология обезжелезивания.
Физиолого-гигиеническое значение воды
Вода – важнейший фактор формирования внутренней среды организма и в то же время один из факторов внешней среды. Там, где нет воды, нет жизни. В воде происходят все процессы, характерные для живых организмов, населяющих нашу Землю. Недостаток воды (дегидратация) приводит к нарушению всех функций организма и даже гибели. Уменьшение количества воды на 10 % вызывает необратимые изменения. Тканевой обмен, процессы жизнедеятельности протекают в водной среде.
Вода участвует в процессах ассимиляции и диссимиляции, в процессах резорбции и диффузии, сорбции и десорбции, регулирует характер осмотических отношений в тканях, в клетках. Вода регулирует кислотно-щелочное равновесие, поддерживает рН. Буферные системы активны только в тех условиях, где есть вода.
Вода – это общий показатель активности физиологических систем, фон и среда, в которой протекают все жизненно важные процессы. Неслучайно в организме человека содержание воды приближается к 60 % от всего веса тела. Установлено, что процессы старения связаны с потерей воды клетками.
Необходимо отметить, что реакции гидролиза, а также все окислительно-восстановительные реакции протекают активно только в водных растворах.
Вода принимает активное участие в так называемом водно-солевом обмене. Процессы пищеварения и дыхания протекают нормально в случае достаточного количества воды в организме. Велика роль воды и в выделительной функции организма, что способствует нормальному функционированию мочеполовой системы.
Велика роль воды и в процессах теплорегуляции организма. Она участвует, в частности, в одном из важнейших процессов – процессе потоотделения.
Необходимо отметить, что с водой в организм поступают минеральные вещества, притом в такой форме, когда они усваиваются почти полностью. Роль воды как источника минеральных солей сейчас общепризнана. Это так называемое фармакологическое значение воды. А Минеральные соли в воде находятся в виде ионов, что благоприятно для их усвоения организмом. Макро– и микроэлементы в продуктах питания находятся в виде комплексных соединений, которые даже под влиянием желудочно-кишечного сока плохо диссоциируют и поэтому хуже усваиваются.
Вода – это универсальный растворитель. Она растворяет все физиологически активные вещества. Вода – это жидкая фаза, имеющая определенную физическую и химическую структуру, которая и определяет ее способность как растворителя. Живые организмы, потребляющие воду с разной структурой, развиваются и растут по-разному. Поэтому структуру воды можно рассматривать как важнейший биологический фактор. Структура воды может изменяться при ее опреснении. На структуру воды в значительной степени влияет ионный состав воды.
Молекула воды – соединение не нейтральное, а электрически активное. Она имеет два активных электрических центра, которые создают вокруг себя электрическое поле.
Для строения молекулы воды характерны две особенности:
1) высокая полярность;
2) своеобразное расположение атомов в пространстве.
По современным представлениям молекула воды – это диполь, т. е. она имеет 2 центра тяжести. Один – центр тяжести положительных зарядов, другой – отрицательных. В пространстве эти центры не совпадают, они асимметричны, т. е. молекула воды имеет два полюса, создающих вокруг молекулы силовое поле, молекула воды полярна.
В электростатическом поле пространственное расположение молекул воды (структура воды) определяет биологические свойства воды в организме.
Молекулы воды могут существовать в следующих формах:
1) в виде одиночной молекулы воды – это моногидроль, или просто гидроль (Н 2 О) 1 ;
2) в виде двойной молекулы воды – это дигидроль (Н 2 О) 2 ;
3) в виде тройной молекулы воды – тригидроль (Н 2 О) 3 .
Агрегатное состояние воды зависит от наличия этих форм. Лед обычно состоит из тригидролей, имеющих самый большой объем. Парообразное состояние воды представлено моногидролями, так как значительное тепловое движение молекул при температуре 100 °С нарушает их ассоциацию. В жидком состоянии вода представляет смесь гидроля, дигидроля и тригидроля. Соотношение между ними определяется температурой. Образование ди– и тригидроля происходит вследствие притяжения молекул воды (гидролей) друг к другу.
В зависимости от динамического равновесия между формами различают определенные виды воды.
1. Вода, связанная с живыми тканями, – структурная (льдоподобная, или совершенная, вода), представленная квазикристаллами, тригидролями. Эта вода отличается высокой биологической активностью. Температура ее замерзания –20 °С. Такую воду организм получает только с натуральными продуктами.
2. Свежеталая вода – на 70 % льдоподобная вода. Обладает лечебными свойствами, способствует повышению адаптогенных свойств, но быстро (через 12 ч) теряет свои биологические свойства стимулировать биохимические реакции в организме.
3. Свободная, или обычная, вода. Температура ее замерзания равна 0 °С.
Дегидратация
1) с воздухом через легкие (1 м 3 воздуха содержит в среднем 8-9 г воды);
2) через почки и кожу.
В целом человек за сутки теряет до 4 л воды. Естественные потери воды должны быть компенсированы введением определенного количества воды извне. Если потери не эквивалентны введению, в организме наступает дегидратация. Недостаток даже 10 % воды может значительно ухудшить состояние, а увеличение степени дегидратации до 20 % может приводить к нарушению жизненных функций и к смерти. Дегидратация более опасна для организма, чем голодание. Без пищи человек может прожить 1 месяц, а без воды – до 3 суток.
Регуляция водного обменаосуществляется с помощью центральной нервной системы (ЦНС) и находится в ведении пищевого центра и центра жажды.
В основе возникновения чувства жажды лежит, видимо, изменение физико-химического состава крови и тканей, в которых происходят нарушения осмотического давления вследствие обеднения их водой, что приводит к возбуждению отделов ЦНС.
Большую роль в регуляции водного обмена играют железы внутренней секреции, особенно гипофиз. Взаимосвязь водного и солевого обмена называют водно-солевым обменом.
Нормы водопотребления определяются:
1) качеством воды;
2) характером водоснабжения;
3) состоянием организма;
4) характером окружающей среды, и в первую очередь температурно-влажностным режимом;
5) характером работы.
Нормы водопотребления складываются из физиологических потребностей организма (2,5-5 л в сутки для отправления физиологических функций) для поддержания жизнедеятельности и воды, необходимой для хозяйственно-коммунальных целей. Последние нормы отражают санитарный уровень населенного пункта.
В сухом и жарком климате, при выполнении интенсивной физической работы физиологические нормы повышаются до 8-10 л в сутки, в условиях сельской местности (при децентрализованном водоснабжении) – до 30-40 л. Нормы водопотребления на промышленном предприятии зависят от температуры окружающей среды производства. Особенно они велики в горячих цехах. Если количество выделяемого тепла составляет 20 ккал в 1 м 3 в час, то нормы водопотребления за смену составят 45 л (с учетом душирования). Согласно санитарным стандартам нормы водопотребления регламентируются так:
1) при наличии водопровода и отсутствии ванн – 125-160 л в сутки на человека;
2) при наличии водопровода и ванн – 160-250 л;
3) при наличии водопровода, ванн, горячей воды – 250-350 л;
4) в условиях использования водоразборных колонок -30-50 л.
Сегодня в крупных современных городах водоразбор на душу населения в сутки составляет 450 л и более. Так, в Москве самый высокий уровень водопотребления – до 700 л. В Лондоне – 170 л, Париже – 160 л, Брюсселе – 85 л.
Вода является социальным фактором. От количества и качества воды зависят социальные условия жизни и уровень заболеваемости. По данным ВОЗ до 500 млн заболеваний в год, возникающих на Земле, связаны с качеством воды и уровнем водопотребления.
Факторы, формирующие качество воды, можно разделить на 3 большие группы:
1) факторы, определяющие органолептические свойства воды;
2) факторы, определяющие химические свойства воды;
3) факторы, определяющие эпидемиологическую опасность воды.
Факторы, определяющие органолептические свойства воды
Органолептические свойства воды формируют природные и антропогенные факторы. Запах, привкус, окраска и мутность являются важными характеристиками качества питьевой воды. Причины появления запахов, привкуса, цветности и мутности воды весьма разнообразны. Для поверхностных источников это в первую очередь почвенные загрязнения, поступающие с током атмосферных вод. Запах и привкус могут быть связаны с цветением воды и с последующим разложением растительности на дне водоема. Вкус воды определяется ее химическим составом, соотношением отдельных компонентов и количеством этих компонентов в абсолютных величинах. Это особенно относится к высокоминерализованным подземным водам в силу повышенного содержания в них хлоридов, сульфатов натрия, реже – кальция и магния. Так, хлорид натрия обуславливает соленый вкус воды, кальций – вяжущий, а магний – горьковатый. Вкус воды определяется и газовым составом: 1/3 всего газового состава составляет кислород, 2/3 – азот. В воде очень небольшое количество углекислого газа, но роль его велика. Углекислота может быть представлена в воде в различных формах:
1) растворенной в воде с образованием угольной кислоты CO 2 + H 2 O = H 2 CO 3 ;
2) диссоциированной угольной кислоты H 2 CO 3 = H + HCO 3 = 2H + CO 3 с образованием бикарбонат иона HCO 3 и CO 3 – карбонат иона.
Это равновесие между различными формами углекислоты определяется рН. В кислой среде, при рН = 4 присутствует свободная углекислота – СО 2 . При рН = 7-8 присутствует ион НСО 3 (умеренно щелочная). При рН = 10 присутствует ион СО 3 (среда щелочная). Все эти компоненты в разной степени определяют вкус воды.
Для поверхностных источников основной причиной появления запахов, привкуса, цветности и мутности являются почвенные загрязнения, поступающие со стоком атмосферных вод. Неприятный привкус воды характерен для широко распространенных высокоминерализованных вод (особенно на юге и юго-востоке страны) преимущественно в силу повышенного содержания концентрации хлоридов и сульфатов натрия, реже кальция и магния.
Окраска (цветность) природных вод чаще зависит от присутствия гуминовых веществ почвенного, растительного и планктонового происхождения. Строительство крупных водохранилищ с активными процессами развития планктона способствует появлению в воде неприятных запахов, привкусов и цветности. Гуминовые вещества безвредны для человека, но ухудшают органолептические свойства воды. Их трудно удалить из воды, к тому же они обладают высокой сорбционной способностью.
| |
9008 0
Большое и разностороннее влияние на здоровье оказывает степень минерализации питьевой воды. Минерализация характеризуется двумя аналитически определяемыми показателями: сухим остатком (мг/л) и жесткостью (ммоль/л).
Сухим остатком определяется суммарное содержание в воде растворенных неорганических веществ. Основные компоненты сухого остатка — соли кальция, магния, натрия, бикарбонаты, хлориды и сульфаты.
С давних времен до настоящего времени одним из гигиенических критериев предельного содержания неорганических солей в воде является изменение ее органолептических свойств (вкуса).
Для условий центра европейской части России вода хорошего качества (по вкусу) находится в диапазоне концентраций сухого остатка от 300 до 900 мг/л. На территориях с высокоминерализованными природными водами население благоприятно воспринимает воду с верхним пределом сухого остатка более 1000 мг/л.
Вода с крайне низким уровнем сухого остатка (менее 100 мг/л) может быть неприемлемой из-за ее безвкусности. Длительное употребление излишне деминерализованной мягкой воды неблагоприятно для организма. При использовании ее для питья нарушается регуляция водно-электролитного баланса, увеличивается содержание электролитов в сыворотке крови и моче с их ускоренным выведением из организма, снижается осмотическая резистентность эритроцитов, появляются изменения в сердечно-сосудистой системе.
Наряду с общей минерализацией большое значение имеет жесткость воды, определяемая в основном содержанием бикарбонатов, сульфатов и хлоридов кальция и магния. Жесткость воды выражается через эквивалентное количество карбоната кальция (CaCO3).
Вода с общей жесткостью свыше 7 ммоль/л имеет неблагоприятные гигиенические свойства. В ней плохо образуется мыльная пена, в связи с чем такая вода малопригодна для стирки и мытья. В жесткой воде хуже развариваются мясо, овощи и бобовые. Большой экономический ущерб связан с использованием в промышленности и тепловой энергетике воды с высокой устранимой жесткостью, так как в котлах и трубах при кипячении образуется накипь в результате перехода бикарбонатов в нерастворимые карбонаты.
Содержание органических веществ в воде служит важным критерием ее качества. О наличии органических веществ обычно судят косвенно, по содержанию кислорода в воде или по его количеству, которое расходуется на окисление органических веществ, находящихся в 1 л воды. Важным показателем загрязнения воды органическими веществами животного происхождения являются соли аммиака, азотистой и азотной кислот, особенно при большой окисляемости воды. Присутствие аммонийных солей указывает на свежее загрязнение воды, наличие нитритов и особенно нитратов свидетельствует об относительной давности загрязнения.
Аммонийный азот (аммиак). Аммонийный азот в воде может быть различного происхождения. Чаше всего он является продуктом разложения белковых веществ, попавших в воду с бытовыми сточными водами. В отдельных случаях в воде глубоких артезианских скважин аммиак может появиться в результате химических реакций восстановления азотнокислых соединений. Аммонийный азот может также встречаться в воде болот и в почвенных водах торфяных слоев в результате раскисления нитратов гуминовыми веществами.
Азот нитритов. Ион азотистой кислоты является продуктом дальнейшего окисления иона аммония под действием ферментов нитрифицирующих бактерий. Вода хорошо защищенного от загрязнений водоисточника не должна содержать ионов азотистой кислоты.
По санитарно-гигиеническим требованиям питьевая вода не должна содержать аммонийный азот и нитриты, которые могут поступить с фекальными, хозяйственно-бытовыми сточными водами.
Вода, богатая нитратами, вызывает у детей, а иногда и у взрослых тяжелое заболевание, главный признак которого — появление в крови метгемоглобина. Это уменьшает снабжение тканей кислородом, оказывает неблагоприятное влияние на состояние центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.
Хлориды. Хлориды встречаются почти во всех природных водах. Большое содержание хлоридов делает воду непригодной для питья из-за соленого вкуса, который ощущается при содержании иона хлора 150-250 мг/л.
Поскольку хлориды попадают в воду из почвы, а также с хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками, то их содержание используют в качестве косвенного показателя возможного загрязнения воды патогенными микроорганизмами.
Высокое содержание хлоридов в воде исследуемого источника по сравнению с их количеством в подобных источниках данной местности может свидетельствовать о проникновении нечистот. Ценные сведения дают наблюдения за содержанием хлоридов на протяжении определенного отрезка времени (дней, недель). Колебание их количества, особенно после дождей, указывает на попадание в контролируемый источник поверхностных вод, нередко загрязненных патогенными микроорганизмами.
Сульфаты. При повышении обычного для данной местности содержания солей серной кислоты они могут служить признаком загрязнения воды органическими веществами. Сера является составной частью белков, которые при разложении и последующем окислении дают соли серной кислоты. Но главное значение сульфатов заключается в том, что они портят вкус воды и вызывают у некоторых людей расстройство деятельности кишечника (диарею).
Фосфаты. В чистых водах соли фосфорной кислоты обычно не встречаются, и их наличие свидетельствует о сильном загрязнении воды разлагающимися органическими веществами, поступающими из почвы или со стоками промышленных предприятий.
В живых системах 10 микроэлементов: железо, йод, фтор, медь, хром, кобальт, молибден, марганец, цинк, селен — признаны жизненно необходимыми. При их недостатке возникают функциональные нарушения, устраняемые путем введения в организм этих веществ. В питьевой воде не должны находиться ядовитые вещества. Отдельные элементы могут встречаться в ней как примеси, попадающие с промышленными стоками или из резервуаров и сосудов, в которых хранится вода.
Йод. В природных водах содержание йода незначительно и составляет небольшую часть суточной потребности в нем человека, которая покрывается в основном за счет пищи. Количество йода в воде рассматривается как своего рода индикатор его наличия в окружающей среде. Незначительное содержание йода в воде свидетельствует о том, что его мало в почве, растительных продуктах, произрастающих в данном районе, и, наконец, в организме животных и человека.
В связи с недостаточным поступлением йода щитовидная железа вынуждена усиленно функционировать (йод входит в состав гормона щитовидной железы — тироксина), что ведет к ее гипертрофии и нарушению деятельности всего организма.
Среди профилактических мероприятий наибольшее распространение получили употребление йодированной поваренной соли, использование привозных продуктов питания, приема по медицинским показаниям препаратов йода, в первую очередь школьниками, беременными и кормящими матерями.
Фтор. Фтор широко распространен в земной коре. Его соли хорошо растворимы и поэтому легко вымываются из почвы в воду. Концентрации фтора, как и других минеральных веществ, повышаются в водоисточниках с севера на юг, а также по мере увеличения глубины залегания вод. С питьевой водой при средней концентрации фтора 1 мг/л в организм человека поступает более 80% этого элемента.
Изменение концентрации фтора в питьевой воде оказывает большое влияние на состояние твердых тканей — костей и зубов, а также на некоторые физиологические функции. Установлено, что пониженное содержание этого микроэлемента (менее 0,5 мг/л) является одной из причин возникновения массового заболевания населения — кариеса зубов, проявляющегося деминерализацией и последующей деструкцией твердых тканей зуба с образованием дефектов в виде полостей, приводящих к потере зубов в юношеском и зрелом возрасте.
Причин кариеса зубов много: недостаток кальция в рационе, ослабление иммунного статуса организма, повышенная кислотность в ротовой полости, микроорганизмы, плохой уход за зубами, наследственность, гормональные нарушения и др. Однако отмечено, что кариес зубов значительно учащается у населения, пользующегося водой с низкой концентрацией фтора.
Наблюдение повышенной распространенности кариеса у населения, пользующегося водой с низким содержанием фтора, показало, что массовую профилактику кариеса зубов можно проводить путем фторирования питьевой воды. Следует подчеркнуть, что вопрос о необходимости фторирования питьевой воды, подаваемой централизованными системами водоснабжения, должен решаться в каждом случае с учетом содержания фтора в атмосферном воздухе, пищевом рационе населения и обязательно с учетом степени пораженности детей кариесом зубов.
Концентрации фтора, превышающие 1,0-1,5 мг/л, вызывают другое заболевание зубов — флюороз (пятнистость, крапчатость эмали), Появляясь в период формирования постоянных зубов, т.е. в детском возрасте, развитие происходит в течение 2—2,5 лет. При этом образовавшаяся пятнистость эмали остается на всю жизнь. При концентрациях фтора более 6 мг/л процесс захватывает не только зубную эмаль, но и дентин. Но это только внешнее проявление болезни.
Одновременно избыточное поступление фтора вызывает общее поражение организма, при котором наблюдаются нарушения окостенения скелета у детей, изменения в мышце сердца и деятельности нервной системы, системы иммунитета. При оценке обеспеченности организма фтором следует учитывать дополнительное поступление его с фторсодержащими зубными пастами.
В.И. Архангельский, В.Ф. Кириллов
Все биохимические процессы - ассимиляция, диссимиляция, диффузия, осмос, резорбция происходят только в присутствии воды. Вода выделяет или выводит из организма вредные и токсические вещества. При недостатке воды затрудняется теплорегуляция, нарушается пищеварение, скапливаются продукты обмена веществ и наступает интоксикация.
Органом, который играет главную роль в поддержании водного баланса и регулирует постоянный уровень воды в организме, являются почки. Избыток воды выводится из организма через почки, которые в этом случае вырабатывают больше мочи. Интенсивность выделения мочи почками регулируется, в свою очередь, гормоном задней доли гипофиза - вазопрессином. Поддержание нормального соотношения воды и концентрации электролитов контролируется дезоксикортикостероном и альдостероном коры надпочечников. Поэтому в норме между внеклеточной и внутриклеточной водой существует динамическое равновесие.
Вода попадает в организм через пищеварительный канал, откуда кровью и лимфой разносится в межтканевые пространства и ткани. У человека жидкость всасывается в толстой кишке. У животных в небольших количествах уже в желудке, но главным образом в тонкой кишке.
Кожа - это орган, играющий особую роль в водном обмене, благодаря своей водонепроницаемости, также способности выделять воду из организма путем диффузии через эпидермис и потение, что позволяет организму уменьшить мочеотделение. Существенную роль в регуляции температуры у млекопитающих (и птиц) играют мышцы, находящиеся в коже у основания волос и перьев и вызывающие их взъерошивание. Это приводит к образованию дополнительного изоляционного слоя, который предохраняет организм от потери тепла. Таким путем кожа защищает организм от опасного обезвоживания и потери большого количества соли. Кроме того, она обладает способностью накапливать большое количество воды. Установлено, что около 10% общего количества воды в организме млекопитающих удерживает кожа, благодаря содержанию в ней хлористого натрия (1/3 общего количества хлористого натрия в организме). Таким образом, кожа является важным регулятором минерального обмена организма животных. Минеральный обмен в организме невозможен без участия воды. Вода в гомеостазе организма играет особую роль, главным образом благодаря обмену между внеклеточной и внутриклеточной водой. Под гомеостазом мы понимаем способность живого организма, сохранять относительно постоянное состояние равновесия, например состава крови, электролитов, температуры тела и т. п., путем соответствующей регуляции процессов жизнедеятельности.
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«СЕВЕРО-ОСЕТИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ
АКАДЕМИЯ»
Минздравсоцразвития Российской Федерации
ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ И МЕТОДЫ ГИГИЕНИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ИСТОЧНИКОВ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И КАЧЕСТВА ВОДЫ АПТЕЧНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ И ПРЕДПРИЯТИЙ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО ОБЩЕЙ ГИГИЕНЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Зав. кафедрой общей гигиены, профессор, д.м.н. Кусова А.Р.
Ассистент кафедры общей гигиены к.м.н. Битарова И.К.
Рецензенты:
Зав. кафедрой фармакологии с клинической фармакологией, профессор, д.м.н.
Болиева Л.З.
Зав. кафедрой гуманитарных, социальных и экономических наук, профессор д.м.н.
Аликова З.Р.
Утверждено ЦКУМС ГБОУ ВПО СОГМА Минздравсоцразвития России
__________2012 г., протокол №
Цель занятия - ознакомление студентов с влиянием качества воды на здоровье населения, гигиеническими принципами нормирования качества питьевой воды, правилами выбора источников водоснабжения.
Студент должен знать:
Физиологическое и гигиеническое значение воды.
Водные ресурсы. Природные источники воды: подземные и поверхностные (реки, озера, водохранилища). Их гигиеническая характеристика. Загрязнение водоисточников в условиях бурного развития промышленности и химизации сельского хозяйства. Санитарная охрана водоемов
Водоснабжение населенных мест. Централизованное и децентрализованное водоснабжение. Выбор источников водоснабжения. Нормы водопотребления. Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения
Гигиенические требования к качеству питьевой воды. Показатели безопасности воды: органолептические, микробиологические, санитарно-химические.
Химический состав воды как причина заболеваний.
Студент должен уметь:
Владеть методами определения физических свойств, химического и микробиологического состава питьевой воды.
Знать устройство и правила работы с рН-метром, фотоэлектроколориметром
Определять органолептические свойства воды: вкус, запах, прозрачность, цветность,
Определять рН, содержание хлоридов, сульфатов, железа, общую жесткость, окисляемость.
Давать заключение о качестве питьевой воды и условиях использования источников водоснабжения по результатам анализов воды и данным обследования водоисточников.
Большаков A.M., Новикова И.М. Общая гигиена. Учебник для фармацевтических ф-тов, Изд-во Медицина, М., 2002.
Большаков A.M. Руководство к лабораторным занятиям по общей гигиене.
2-е изд., перераб. и доп. - М.: Медицина, 2004. - 272 с: для студентов фармацевтических институтов и факультетов.
Лакшин А.М., Катаева В.А. Общая гигиена с основами экологии человека: Учебник. – М.: Медицина, 2004 (Учеб. лит. для студентов мед. вузов)
Пивоваров Ю.П. Руководство к лабораторным занятиям и основами экологии человека, 2001г.
Румянцев Г.И. Гигиена XXI век, М., 2000
СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»
Физиологические и гигиеническое значение воды
Вода является одним из важнейших факторов окружающей среды, необходимой для жизни человека, животных, растений. Ни один жизненный процесс в организме человека не может совершаться без воды, ни одна его клетка не в состоянии обойтись без водной среды. Она необходима как растворитель питательных веществ и как среда, в которой протекают процессы ассимиляции и диссимиляции, элиминации и резорбции, диффузии, осмоса, фильтрации.
Физиологическое значение воды заключается в том, что организм человека на 63- 65 % состоит из воды, представляющей собой внутреннюю среду, в которой протекают все обменные процессы. Она составляет основную часть жидких сред организма – крови, лимфы, тканевых жидкостей, секретов пищеварительных и других желёз, являясь и составной частью плотных тканей организма.
Потеря 10 % воды приводит к резкому беспокойству, жажде, слабости, тремору конечностей, а потеря 20-25 % несовместима с жизнью. Для поддержания физиологических потребностей организма требуется 1,5-2,0 л воды в сутки, причем в это количество включается вода, входящая в состав первых и третьих блюд.
Кроме того, доброкачественная вода необходима для обработки пищевых продуктов, изготовления лекарственных средств, содержания домашних животных, личной гигиены, поддержания санитарного состояния жилища, общественных зданий, площадей и пр., для поливки зеленых насаждений, выполнения технологических процессов при производстве пищевых продуктов, напитков, строительных материалов т.д. А также используется для проведения оздоровительных, физкультурно-спортивных мероприятий и др.
Вода может выполнять свою гигиеническую роль лишь в том случае, если она обладает соответствующим качеством. С гигиенической точки зрения под качеством воды понимают совокупность свойств, определяющих ее пригодность для удовлетворения физиологических, гигиенических и хозяйственно-бытовых потребностей человека.
