Гигиена и экология
план-конспект занятия

Лекция №3: «Вода, ее физические и химические свойства, гигиеническое и экологическое значение»

Вода - важнейшая составная часть живого организма, она необходима для жизни человека, животных и растений. Является средой, в которой протекают все физико-химические процессы, а также участвует в процессах окисления, гидролиза и других реакциях обмена. Вода транспортирует продукты обмена в организме и необходима для их удаления.

    Для человека биологическая потребность в питьевой воде составляет ежедневно 2-2,5 л.

Потери воды организмом увеличиваются при повышении температуры окружающей среды, а также при выполнении физической работы. Например, в условиях жаркого климата при физической работе необходимое для человека количество воды достигает 5 л и более в сутки.

При недостаточном поступлении воды в организм возникает жажда. Физиологической реакцией на ощущение жажды является питье воды. Таким образом, в организме поддерживаются на постоянном уровне водный баланс и электролитное равновесие. При недостаточном восполнении теряемой организмом воды могут наступать серьезные расстройства жизненных функций организма.

Кроме воды, которая необходима человеку для восстановления водного баланса, требуется большое ее количество для санитарных и хозяйственно-бытовых целей.

Питьевая вода - это санитарное благополучие пищевой промышленности. Удельный расход доброкачественной воды при производстве молочных продуктов - тонна на тонну сырого молока. Вода является ценнейшим технологическим сырьем. Для получения 1 т резины или 1 т алюминия, при выплавке 1 т стали необходимо 1500 м3 пресной воды.

МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ 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 (СаСО3).

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. Чаще 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.

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.

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 косвенный показатель (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.

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.

ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ВОДЫ:

Наиболее важным компонентом воды как природной системы с позиций влияния на здоровье человека являются биологические живые объекты, представленные бактериями, вирусами и простейшими. То, что вода может быть причиной массовых болезней, известно с древних времен. Эксперты ВОЗ установили, что 80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения.

Ежегодно в России острыми кишечными инфекциями заболевают в среднем 0,7 млн человек, из них около 60% - дети раннего возраста; летальные исходы среди заболевших детей достигают 4000 в год. Экономический ущерб, наносимый острыми кишечными инфекциями, исчисляется сотнями миллионов рублей.

Развитие эпидемий кишечных заболеваний водного происхождения имеет следующие особенности:

- массовость и одновременность заболеваний лиц, пользующихся одним источником, - так называемый эпидемический взрыв;

- резкое снижение числа заболеваний после выявления и устранения причины вспышки;

- наличие единичных случаев заболеваний в течение длительного времени после устранения очага, или так называемой длительный контактный эпидемический хвост;

- практическое отсутствие заболеваний детей грудного возраста.

Водным путем возможно распространение многих заболеваний. К ним относятся:

- вирусные (гепатиты А и Е, полиомиелит, аденовирусные и энтеровирусные инфекции, эпидемический конъюнктивит);

- кишечные инфекции бактериальной природы (холера, брюшной тиф, паратифы А и Б, дизентерия, энтериты и энтероколиты, эшерихиозы);

- зоонозы (лептоспироз, бактериальные зоонозные инфекции: туляремия, бруцеллез, сибирская язва);

- протозойные инфекции (амебиаз, лямблиоз, балантидиаз, криптоспоридиоз);

- гельминтозы (аскаридоз, гименолепидоз, фасциолез).

Среди вирусных заболеваний актуальной проблемой остается заболеваемость гепатитами А и Е, которая переживает очередной эпидемический подъем, и многие вспышки связаны с питьевым водоснабжением из поверхностных источников. Наибольшее значение для инфекционного гепатита, вызываемого вирусом типа А, имеет водный путь передачи по сравнению с пищевым и контактно-бытовым.

Вирус гепатита более устойчив к воздействию факторов окружающей среды, чем возбудители бактериальных кишечных инфекций. Вирус сохраняет патогенность после замораживания в течение 2 лет, при кипячении погибает через 5-30 мин. Заболеваемость гепатитом Е характерна для взрослого населения, встречаются тяжелые формы, особенно среди беременных.

Водным путем могут распространяться аденовирусы, энтеровирусы Коксаки и ЕСНО, вызывая у человека тяжелые поражения кишечника, центральной нервной системы, кожи и слизистых оболочек.

Возникновению кишечных инфекций способствуют неорганизованное водопотребление, недостаточное количество воды, соответствующие природные условия для распространения и выживания в объектах окружающей среды инфекционного начала, технические нарушения на водозаборных, водоочистных сооружениях и водопроводах, несоблюдение элементарных норм личной гигиены.

Кишечная палочка может попасть в воду с выделениями человека, поэтому ее наличие в воде может сигнализировать о возможном присутствии возбудителей кишечных инфекций. Таким образом, значение содержания кишечной палочки в воде как показателя эпидемической опасности прежде всего основано на механизме ее попадания в воду с выделениями человека. Кроме того, кишечная палочка более устойчива, чем возбудители кишечных инфекций, поэтому, если имелись условия, при которых кишечная палочка погибла, можно предполагать, что погибли и возбудители этих заболеваний.

Самым опасным кишечным заболеванием водного происхождения традиционно считается холера. Это заболевание охватывает огромные пространства, поражая население целых стран и материков. В связи с тяжестью клинического течения и тенденцией к пандемическому распространению холера относится к особо опасным инфекциям. Постоянным очагом холеры являются прибрежные районы рек Ганг и Брахмапутра.

Лептоспироз - инфекционная болезнь, характеризуемая поражением капилляров, преимущественным вовлечением в патологический процесс почек, печени, мышц сердечно-сосудистой и нервной систем. Источники возбудителя инфекции в природных очагах - грызуны, насекомоядные, парнокопытные, хищные животные многих видов, реже птицы. Наибольшее значение имеют мыши-полевки, ондатры, иногда крупный и мелкий рогатый скот, лошади, свиньи, собаки, а также домовые мыши и крысы. Животные - хозяева возбудителей - выделяют лептоспиры с мочой в течение нескольких месяцев. В большинстве случаев человек заражается при купании и использовании для хозяйственных и бытовых нужд воды из открытых водоемов, инфицированной лептоспирами. Максимум поражений лептоспирозом приходится на июль-август, в период сельскохозяйственных работ, на охоте, рыбной ловле, при уходе за домашними животными, разделке туш и обработке животного сырья, при употреблении зараженных грызунами продуктов питания, а также сырого молока от больных коров.

Протозойные инвазии (амебиаз, балантидиоз) развиваются как острые заболевания, переходящие в хроническую форму, сопровождаемые диареей, при поступлении простейших с питьевой водой и внедрении их в слизистую оболочку толстой кишки.

В последние десятилетия во многих странах описаны вспышки заболеваний населения, вызванных лямблиями и криптоспоридиями, связанные с потреблением недоброкачественной питьевой воды.

Цисты лямблий и ооцисты криптоспоридий обладают более выраженной по сравнению с бактериями и вирусами устойчивостью к действию веществ, применяемых для обеззараживания питьевой воды. Причиной вспышек заболеваний, как правило, является потребление водопроводной воды либо без какой-либо обработки, либо хлорированной, но без предварительной очистки.

В поверхностных водоемах, загрязняемых органическими веществами животного происхождения, могут находиться яйца и личинки геогельминтов (аскариды, власоглавы, острицы и др.), развивающиеся, в отличие от биогельминтов (финны, трихинеллы), без участия промежуточных хозяев.

Питьевая вода в эпидемиологии гельминтозов играет сравнительно небольшую роль, но в населенных пунктах, где они распространены, нередко наблюдается значительное загрязнение поверхностных водоемов яйцами и личинками геогельминтов, поступающих в результате спуска недостаточно очищенных бытовых сточных вод. Употребление такой воды для питья, мытья овощей недопустимо. Определенную роль в эпидемиологии гельминтозов приписывают воде арыков и шахтных колодцев.

В качестве источника воды могут быть использованы подземные и поверхностные воды. Если возможен выбор, предпочтение отдают подземным, по возможности глубоко залегающим водам, надежно защищенным от поверхностных загрязнений водонепроницаемыми пластами грунта. При отсутствии или невозможности использования таких вод водоснабжение базируется на других водоисточниках, причем приоритетность их выбора следующая: ключи и родник, грунтовые воды поверхностных водоносных горизонтов, реки с незарегулированным стоком (не имеющие запруд), реки с зарегулированным стоком (имеющие запруды), озера, атмосферные воды.

Подземные воды формируются в результате фильтрации через почву атмосферных осадков и поверхностных вод. При проникновении поверхностных вод через слой почвы происходят их постепенная фильтрация, адсорбция микроорганизмов и органических веществ на почвенных структурах, а затем окисление органических остатков с участием аэробных микроорганизмов.

Подземные воды делятся на три вида: почвенные, грунтовые и межпластовые. Почвенные воды (верховодка) образуются за счет просачивания в грунт атмосферных осадков, залегают у самой поверхности земли над первым водоносным горизонтом. Вследствие недостаточной толщины фильтрующего грунтового слоя эти воды, как правило, сильно загрязнены органическими веществами. Микробиологические, органические и органолептические характеристики не позволяют использовать эти воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Почвенные воды могут оказывать влияние на качество нижерасположенных грунтовых вод (рис. 2).

Грунтовые воды расположены в первом от поверхности водоносном горизонте (слое), под которым лежит водонепроницаемый. Этот водоносный горизонт не перекрыт сверху водонепроницаемыми породами. Грунтовые воды образуются за счет фильтрации атмосферных осадков через почву по всей площади их распространения. Территория, на которой происходит фильтрация в почву атмосферных вод, питающих данный горизонт, называется зоной питания.

Рис. 2. Общая схема залегания подземных вод: 1 - водоупорные породы; 2 - межпластовой напорный водоносный горизонт; 3 - межпластовой ненапорный водоносный горизонт; 4 - грунтовые воды; 5 - скважины; 6 - верховодка; 7 - шахтные колодцы; 8 - нисходящий родник; 9 - самоизливающаяся (артезианская) скважина; 10 - восходящий родник

В пониженных частях рельефа водоносные горизонты иногда выходят на поверхность земли и здесь образуются естественные выходы подземных вод, называемые родниками, или ключами. Вода таких источников, как правило, доброкачественная, но необходимо правильное санитарно-техническое оборудование (каптирование) родников, исключающее биогенное загрязнение воды.

Грунтовые воды из-за ограниченного количества используются для водоснабжения чаще всего в сельской местности. Улучшение органолептических свойств грунтовых вод в процессе фильтрации через почву позволяет, как правило, использовать их без очистки. Однако они недостаточно надежны в санитарном отношении и поэтому нередко нуждаются в обеззараживании.

Наиболее стабильны и надежны в санитарно-эпидемиологическом отношении межпластовые воды, расположенные между водонепроницаемыми пластами ниже первого водоупорного слоя.

При наклонном положении межпластовые горизонты становятся напорными. Межпластовые напорные воды в таких случаях называются артезианскими. Напорный уровень может оказаться выше поверхности земли, и тогда вода из скважины будет бить фонтаном (самоизливающаяся скважина).

К поверхностньм источникам относят воды рек, озер, искусственных водохранилищ, ручьев, болот, а также морей и океанов. Поверхностные воды являются наименее надежным в санитарном отношении источником водоснабжения. Речная вода характеризуется большим количеством взвешенных веществ, пониженной прозрачностью, значительной бактериальной загрязненностью. Как правило, речная вода не может быть использована для целей водоснабжения без предварительной очистки и обеззараживания.

В настоящее время получило значительное распространение использование в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения водохранилищ, т.е. искусственных водоемов, образовавшихся в результате подъема воды в реке после сооружения плотины. Однако с резким замедлением движения воды в искусственных водоемах снижается водообмен, что способствует развитию анаэробной микрофлоры, цветению воды, образованию донных отложений, ила.

Зоны санитарной охраны (ЗСО) источников питьевого водоснабжения регламентируются СанПиН 2.1.4.1110-02 «Зоны санитарной охраны источников централизованного водоснабжения и водопроводов питьевого водоснабжения».

Первый пояс (строгого режима) ЗСО для поверхностных водоисточников включает территорию расположения водозаборов, площадок всех водозаборных сооружений и водопроводящего канала. Пояс ЗСО состоит из водной части, которая окружает водозаборные сооружения, и береговой.

В поясе строгого режима ЗСО водозаборные и очистные сооружения водопровода должны быть защищены от преднамеренных или случайных действий, в результате которых может быть нарушена их работа. Для источников водоснабжения на проточных водных объектах границы ЗСО должны быть вверх по течению не менее 200 м, вниз - не менее 100 м.

Защитные мероприятия в поясе строгого режима ЗСО направлены на недопущение спуска любых сточных вод, в том числе сточных вод водного транспорта в водоемы.

Минимальные размеры пояса строгого режима подземного источника водоснабжения для скважин безнапорных горизонтов должны быть радиусом 50 м, для межпластовых напорных - 30 м.

Территория первого пояса ЗСО должна быть ограждена, на нее не допускаются посторонние лица, там запрещается строительство любых объектов, не связанных с нуждами водопровода. При необходимости сооружения на территории пояса ЗСО выгребных ям они должны быть оборудованы водонепроницаемыми выгребами. Территорию нужно содержать в чистоте, своевременно вывозить отходы.

Основная задача второго и третьего пояса поверхностного источника воды - ограничение микробного загрязнения в створе.

Защитные мероприятия ЗСО поверхностных водоисточников должны быть направлены на недопущение концентрированных очагов загрязнения почвы, атмосферного воздуха и воды, а также объектов, значительно нарушающих геологическую среду, изменяющих режим поверхностного и подземного стока, и на ограничение использования водного объекта населением для бытовых целей (стирка белья, мытья автомашин, водопоя скота и т.п.). Необходим контролировать изменения технологических процессов на предприятиях, расположенных на территории зоны, поскольку возможны повышение их опасности и увеличение количества сточных вод.

Второй пояс ЗСО подземных источников воды служит для защиты от микробного загрязнения. Этот пояс ЗСО ограничен контуром, от которого время движения загрязненного потока до водозабора (скважины) должно быть не меньше времени, за которое патогенные бактерии и вирусы теряют жизнеспособность и вирулентность. Граница второго пояса определяется гидродинамическими расчетами: допустимое время продвижения фронта микробного загрязнения (основной параметр) для грунтовых вод и межпластовых безнапорных принимается равным 400 сут, а для межпластовых напорных вод - 200 сут.

Третий пояс ЗСО подземных источников водоснабжения защищает водозабор от химического загрязнения. Границу третьего пояса ЗСО подземного источника определяют с помощью гидродинамических расчетов. При этом исходят из условия, что если за пределами ЗСО в водоносный горизонт поступают стабильные химические загрязнения, то они не достигнут водозабора, перемещаясь с подземными водами вне области захвата водозабора и достигнут водозабора, но не ранее расчетного времени, определяемого принятой средней продолжительностью его технической эксплуатации. Расчетное время в этом случае принимается не менее 25 лет, или около 9000 сут.

Возможность трансформации химического загрязнения в водоносном горизонте при определении границ третьего пояса ЗСО не принимается во внимание, поскольку эти процессы малоизучены.

Защитные мероприятия на территории второго и третьего пояса ЗСО подземных водоисточников:

- выявляются, тампонируются или восстанавливаются старые, бездействующие или неправильно эксплуатируемые скважины;

- запрещается размещение складов горюче-смазочных материалов, ядохимикатов, минеральных удобрений;

- не допускается размещение кладбищ, скотомогильников, полей фильтрации и ассенизации, птицеводческих предприятий.

Очистка воды включает:

- осветление - удаление взвешенных частиц;

- обесцвечивание и дезодорацию (устранение неприятных запахов и вкусов);

- обеззараживание - уничтожение болезнетворных микроорганизмов;

- обезвреживание - разрушение и удаление отравляющих, токсичных, сильнодействующих, ядовитых веществ;

- дезактивацию - удаление радиоактивных веществ. Повышение качества питьевой воды включает опреснение -

очищение воды от избытка минеральных соединений. Кроме того, опреснение может обеспечить обеззараживание, обезвреживание и дезактивацию воды.