Вода

Вода, ее физические и химические свойства, гигиеническое и экологическое значение.

Программа развития питьевого водоснабжения является неотъемлемой частью плана социально-экономического развития территорий в составе Российской Федерации.

Вода необходима для поддержания жизни и поэтому важно обеспечить потребителей водой хорошего качества.

Как известно, тело человека состоит на 65% из воды и даже небольшая ее потеря приводит к серьезным нарушениям состояния здоровья. При потере воды до 10% отмечается резкое беспокойство, слабость, тремор конечностей. В эксперименте на животных установлено, что потеря 20-25% воды приводит к их гибели. Все это объясняется тем, что процессы пищеварения, синтез клеток и все обменные реакции происходят только в водной среде.

Несмотря на исключительно большую роль воды для человека, расход ее для питьевых целей невелик. В условиях умеренного климата при работе средней тяжести организм взрослого расходует 2,5-3 л воды в сутки. Но при тяжелой работе (особенно в условиях жаркого климата или в горячих цехах) потребность в воде может возрасти до 10 и даже до 15 л/сутки.

Гигиеническое значение воды не исчерпывается лишь ее физиологической ролью. Большое количество воды необходимо для санитарных и хозяйственно-бытовых целей.

При расчете водопотребления необходимо учитывать неравномерность расхода воды как в отдельные часы, так и по сезонам года. На основании степени благоустройства населенного пункта разработаны "Нормы водопотребления", которые согласованы с Министерством здравоохранения и введены в строительные нормы и правила (табл. 1).Вода может выполнять свою гигиеническую роль лишь в том случае, если она обладает необходимыми качествами, которые характеризуются ее органолептическими свойствами, химическим составом и характером микрофлоры.

Наилучший способ обеспечения безопасности питьевой воды — это охрана источников водоснабжения от загрязнения. В первую очередь источники питьевого водоснабжения должны быть защищены от загрязнений отходами жизнедеятельности человека и животных, которые могут содержать различные бактериальные и вирусные патогены, а также простейшие и гельминты. Патогенные для человека организмы, которые могут передаваться перорально с питьевой водой.

Персистентность в воде характеризует способность патогенных микроорганизмов и паразитов сохранять жизнеспособность и способность к размножению. На персистентность оказывает влияние температура, ультрафиолетовое излучение солнечного света, наличие биоразлагаемого органического углерода и др.

Присутствие в воде сальмонелл, шигелл, патогенных кишечных палочек, холерного вибриона, вирусов и многих других патогенных микроорганизмов может привести к возникновению кишечных заболеваний.

Наибольшему риску заражения через воду подвержены грудные и маленькие дети, ослабленные или живущие в антисанитарных условиях люди, больные и престарелые. Для этих людей инфицирующие дозы значительно ниже, чем для большинства взрослого населения. Болезни, передаваемые через воду, могут также передаваться при личном контакте людей, приеме пищи, через аэрозоли, а это поддерживает резервуар заболевших и носителей болезней. Вспышки болезней, передаваемые через воду, как правило, сопровождаются одновременным заражением значительной части населения.

Второй риск для здоровья связан с наличием в воде токсических химических веществ. Он отличается от риска, вызванного микробиологическим загрязнением, тем, что лишь очень немногие химические компоненты в водемогут привести к острым нарушениям здоровья. Опыт показывает, что при авариях вода обычно становится непригодной для питья из-за неприятного запаха, вкуса и вида.

Тот факт, что химические загрязняющие вещества обычно не связаны с острыми эффектами, позволяет отнести их к категории более низкой приоритетности, чем микробные загрязнители. Проблемы, связанные с химическими компонентами питьевой воды, возникают главным образом из-за способности оказывать неблагоприятный эффект на здоровье при длительном воздействии.

Нормы хозяйственно-бытового водопотребления для населенных пунктов

Особое внимание следует уделять тем загрязняющим агентам, которые обладают кумулятивным токсическим действием (например, канцерогенные вещества, тяжелые металлы и некоторые микроэлементы — фтор, стронций, уран, молибден и др.). Известный русский ученый В. И. Вернадский и егоученик А. П. Виноградов разработали учение о биогеохимических провинциях, т. е. районах, характеризующихся избытком или недостатком отдельных микроэлементов в почве, воде, растениях, что позволило объяснить причины возникновения так называемых эндемических заболеваний человека и животных.

Фтор. При содержании более 1,5 мг/л — флюо-роз 5 стадии; менее 0,7 — кариес зубов (диапазон от 0,7 до 1,5 мг/л). Поражение зубов протекает в несколько стадий:

1. Симметричные меловидные пятна на эмали зубов.
2. Пигментация (пятнистость эмали).
3. Тигроидные резцы (поперечная исчерченность эмали зубов).
4. Безболезненное разрушение зубов.
5. Системный флюороз зубов и скелета. Уродства развития скелета у детей, кретинизм.

Молибден — чрезмерное содержание в воде приводит к повышению активности ксантиноксидазы, сульфгидрильных групп и щелочной фосфатазы, увеличению мочевой кислоты в крови и моче и патоморфологическим изменениям внутренних органов (провинции в Армении, Московской и Томской области и др.).

Стронций и (Уран) склонны к материальной и функциональной кумуляции. Повсеместно распространенный элемент, концентрация в подземных водах может составлять десятки мг/л. Может поступать в водоемы со сточными водами предприятий, занятых их добычей или использующих в технологическом процессе. Обмен стронция в организме хорошо изучен, установлено, что значительная его часть откладывается в костной ткани. Выведение осуществляется в основном через кишечник. Поступление в организм приводит к угнетению синтеза протромбина в печени, снижению активности холинэстеразы, активации остеогенеза (включение 8г и и в костную ткань), снижающего включение в костную ткань Са и приводящего к развитию "стронциевого рахита".

Водные патогенные организмы, передающиеся пероральным путем, их значимость для водоснабжения

? - неизвестно или неясно

Период обнаружения на стадии инфицирования в воде при 20°С: короткий — до 1 нед.; средний — от 1 нед. до 1 мес.; длительный — свыше 1 мес.

Когда инфекционный агент находится в свободном взвешенном состоянии в воде, подвергшейся обработке, при обычных дозах и времени контакта. Средняя устойчивость — патогенный агент может быть уничтожен не полностью; низкая устойчивость — патоген уничтожен полностью.

Доза, при которой вызывается инфекция у 50% взрослых здоровых добровольцев, для некоторых вирусов это инфицирующая единица.

Основной путь заражения — кожный контакт, но инфицирование раковых больных или людей с иммунодефицитом может происходить и пероральным путем.Эндемический зоб — заболевание, связано с низким поступлением в организм йода, т. е. со снижением его содержания в продуктах питания (суточная потребность 120 мг). Вода же имеет сигнальное значение.

Нитраты — повышенное их содержание вызывает токсический цианоз (метгемоглобинемию), особенно у детей грудного возраста, находящихся на искусственном вскармливании, чаще в сельских районах при использовании колодезной воды для разведения детских питательных смесей.

Метгемоглобинемия отмечается не только у детей, но и у взрослых. Нитраты + амины = канцерогенные вещества. Содержание нитратов (МОд) из года в год растет за счет органических загрязнений поверхностных и подземных водоисточников. В Белгородской области недоочищенные сточные воды используют для повышения урожая, вследствие чего содержание МО в воде достигает 500-700 мг/л, в том числе в оздоровительных детских лагерях.

Вредное воздействие нитратов проявляется тогда, когда происходит восстановление нитратов в нитриты, а их всасывание приводит к образованию метгемоглобина крови. Поражению младенцев способствуют дисбактериоз и слабость метгемоглобиновой редуктазы, наблюдаемой в этом возрасте.

Следует отметить, что использование химических дезинфицирующих средств для очистки и обеззараживания воды часто приводит к образованию побочных химических продуктов, а некоторые из них (диоксины, нитраты, ост. алюминий) потенциально опасны.

Как следует из таблицы, образующиеся при обработке воды химические вещества могут оказывать токсическое воздействие на организм человека и очень важно проводить контроль за их образованием.

Необходимо также учитывать радиационный риск для здоровья, связанный с присутствием в воде радионуклидов, которые попадают в нее естественным путем, хотя при обычных условиях доля радионуклидов в окружающей среде в целом гораздо выше, чем в питьевой воде.В соответствии с Федеральным законом "О питьевой воде" удовлетворение потребностей населения в питьевой воде в местах их проживания осуществляется мерами, направленными на развитие централизованных приоритетно либо нецентрализованных (местных) систем питьевого водоснабжения.

В Российской федерации централизованные системы водоснабжения имеют 1052 города (99% от общего количества городов) и 1785 поселков городского типа (81%). Однако в большинстве городов ощущается недостаток мощностей водопровода.

В 6 городах и 380 поселках городского типа нет централизованного водоснабжения.

Источниками централизованного водоснабжения служат поверхностные воды (их доля составляет 68%) и подземные воды (32%).

Атмосферные воды (снег, дождевая вода) для хозяйственно-питьевого водоснабжения используются только в маловодных районах, Заполярье и на Юге. Эта вода слабо минерализована, очень мягкая, содержит мало органических веществ и свободна от патогенных микроорганизмов.

Подземные воды, располагаясь под землей, образуют в зависимости от залегания несколько водоносных горизонтов.

Атмосферные осадки, фильтруясь через поры водопроницаемых пород и скапливаясь над первым от поверхности водонепроницаемым пластом (глина, гранит, водонепроницаемые известняки), образуют первый водоносный горизонт, который называют грунтовые воды. Глубина залегания грунтовых вод в зависимости от местных условий колеблется от 1,5-2 до нескольких десятков метров. При фильтрации вода освобождается от взвешенных частиц и микроорганизмов и обогащается минеральными солями.

Грунтовые воды прозрачны, имеют невысокую цветность. Количество растворенных солей невелико, но повышается с увеличением глубины залегания. При мелкозернистых породах (начиная с глубины 5-6 м) вода почти не содержит микроорганизмов.

Характеристики опасности наиболее распространенных в питьевой воде веществ

Грунтовые воды, благодаря их доступности широко используются в сельских местностях путем устройства колодцев.

Следует отметить, что первый водоносный горизонт легко загрязняется как патогенными микроорганизмами, так и токсическими химическими веществами при бытовом или техногенном загрязнении почвы.

Грунтовые воды могут проникать в область между двумя слоями породы — водоупорным ложем и водоупорной крышей. Такие воды называются межпластовыми. В зависимости от местных условий межпластовые воды могут образовывать второй, третий, четвертый водоносные уровни. Вода на этих уровнях может заполнять все пространство и, если пробурить кровлю, поднимается на поверхность земли, а иногда даже изливается фонтаном. Такую воду называют артезианской.

Межпластовые воды имеют стабильный минеральный состав, их температура колеблется в пределах 5-12°С. Однако встречаются подземные воды с избытком солей: очень жесткие, соленые, горько-соленые, богатые фтором, железом, сероводородом или радиоактивными веществами.

В связи с тем, что межпластовые воды проходят длинный путь под землей, а сверху покрыты одним или несколькими водоупорными слоями, защищающими их от загрязнения с поверхности почвы, они свободны от бактерий и, как правило, могут использоваться для питьевого водоснабжения, не подвергаясь обеззараживанию. Благодаря постоянному и большому дебиту (от 1 до 20 м /ч и больше), а также хорошему качеству межпластовые воды представляют лучший источник водоснабжения для водопроводов небольшой и средней мощности.

Подземные воды могут самостоятельно выходить на поверхность земли. Это — родники. Родники могут быть образованы как грунтовыми, так и межпластовыми водами. Качество родниковой воды в большинстве случаев хорошее и зависит от водоносного горизонта, питающего родник. При правильном каптаже — заключении воды в трубы с целью предотвращения загрязнения и хорошо организованной площадки водоразбора — эту водуможно использовать для питьевых целей.

Открытые водоемы — это озера, реки, ручьи, каналы и водохранилища. Все открытые водоемы подвержены загрязнению атмосферными осадками, талыми и дождевыми водами, стекающими с поверхности земли. Особенно сильно загрязнены участки водоема, прилегающие к населенным пунктам и местам спуска бытовых и промышленных сточных вод. Для исключения эпидемиологической опасности вода всех открытых водоемов нуждается в тщательной проверке.

Органолептические свойства и химический состав воды открытых водоемов зависят от ряда условий. Глинистые породы обусловливают высокую мутность, а открытые водоемы в заболоченных местностях характеризуются высокой цветностью.

Поверхностные воды, как правило, мягкие и слабоминерализованные. Для них характерно изменение качества воды в зависимости от сезона (таяние снегов, ливневых дождей). При необходимости использовать открытый водоем для централизованного водоснабжения предпочтение отдают крупным и проточным водоемам, достаточно защищенным от загрязнения сточными водами.

Каждый водоем — это сложная живая система, где обитают растения, специфические организмы, в том числе и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают, что обеспечивает самоочищение водоемов. Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Физические факторы — это разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений, осаждение в воде нерастворимых осадков, в том числе и микроорганизмов. Понижение температуры воды сдерживает процесс самоочищения, а ультрафиолетовое излучение и повышение температуры воды ускоряет этот процесс.

Из химических факторов самоочищения следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто оценку самоочищения водоемадают по биохимической потребности кислорода (БПК) и по конкретным соединениям в воде — углеводородам, смолам, фенолам и др.

Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг/л в любой период года.

К биологическим факторам самоочищения водоемов относится размножение в воде водорослей, плесневых и дрожжевых грибков. Кроме растений, самоочищению способствуют и представители животного мира: моллюски, некоторые виды амеб.

Самоочищение загрязненной воды сопровождается улучшением ее органолептических свойств и освобождением от патогенных микроорганизмов. Скорость самоочищения зависит от степени загрязнения воды, сезонов года. При небольшом загрязнении вода в основном самоочищается за 3-4 суток.

Отрицательное влияние на процесс самоочищения оказывает загрязнение водоема химическими веществами (азот, фосфор), ароматическими углеводородами и нефтепродуктами. Самоочищение воды от нефти растягивается на длительное время (месяцы, а на реках с малым током даже на

годы).

Санитарные правила предлагают выбирать источники водоснабжения в следующем порядке:

1. Межпластовые напорные (артезианские) воды.
2. Межпластовые безнапорные воды.
3. Грунтовые воды.
4. Открытые водоемы.

На основании Закона РСФСР "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" разработаны "Санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы СанПиН-2.1.4.559-96" - нормативные акты, устанавливающие критерии безопасности и безвредности для человека факторов его обитания и требования к обеспечению благоприятных условий его жизнедеятельности. Санитарные правила обязательны для соблюдения всемигосударственными органами и общественными объединениями... должностными лицами и гражданами" (статья 3).

"Должностные лица и граждане РСФСР, допустившие санитарное правонарушение, могут быть привлечны к дисциплинарной, административной и уголовной ответственности" (статья 27).

Разработка и утверждение нового нормативного документа Сан ПиН-2.1.4.559-96 обусловлена необходимостью гармонизации российских нормативов с рекомендациями ВОЗ, новыми научными знаниями о влиянии питьевой воды на здоровье населения также повсеместным ухудшением качества воды поверхностных и подземных водоисточников.

Контроль за качеством питьевой воды, осуществляемый до настоящего времени в соответствии с требованиями ГОСТа 2874- 82 "Вода питьевая", не вполной мере давал реальное представление о качестве воды и не обязывал выбирать контролируемые показатели в зависимости от конкретных условий.

Структура СанПиН, сохраняя преемственность требований ГОСТа 2874-82, обогащена рядом новых положений.

Многие положения (например, новые микробиологические показатели, единицы их измерения) приближены к рекомендациям ВОЗ. Контроль за качеством питьевой воды проводится в лабораториях центров государственного эпидемиологического надзора всех уровней. Водопользование подразделяется на две категории. К первой категории относится использование водного объекта в качестве источника централизованного или нецентрализованного (т. е. местного) хозяйственно-питьевого водоснабжения и для водоснабжения предприятий пищевой промышленности. Ко второй — использование водного объекта для купания, спорта и отдыха населения, а также использование водных объектов в черте населенных мест.

Гигиеническими критериями для использования альтернативного источника или для коррекции технологии водоподготовки являются: постоянное присутствие в воде веществ 1 и 2 классов, превышающих ПДК, связанное с загрязнением источника или с процессом очистки и обеззараживания воды.

При организации водоснабжения необходимо учитывать стабильность и трансформацию химических веществ в водной среде.

Стабильность химического вещества в воде — это способность сохраняться без изменений его химической структуры и физико-химических свойств.

Трансформация химического вещества в воде — это изменения химической структуры, физико-химических свойств и биологической активности под влиянием как природных, так и искусственных факторов воздействия. Трансформация химических веществ может сопровождаться как деструкцией химического вещества, так и биотрансформацией.

Биотрансформация — это модификация структуры молекулы вещества в процессе его метаболизма в организме.

В результате трансформации химических веществ образуются новые, отличающиеся не только по своему химическому составу и физико-химическим свойствам, но и по характеру и степени влияния на органолептические свойства воды, процессы самоочищения водоемов и биологической активности, способности к кумуляции и появлению отдаленных специфических эффектов действия и т. д.

Как правило, трансформация химических веществ в водной среде так же, как и биотрансформация в организме приводит к образованию менее токсичных и опасных продуктов.

Однако в процессе трансформации в ряде случаев могут образовываться более опасные по сравнению с исходными веществами продукты. Например, метилирование в водной среде металлической ртути приводит к образованию метилртути — вещества более токсичного и опасного, чем сама ртуть.

В процессе хлорирования воды наблюдается образование хлорорганических продуктов и присутствие в наибольших количествах хлороформа. Гидролиз малотоксичного уротропина приводит к образованию формальдегида, обладающего высокой токсичностью и цитогенетической активностью.

Согласно "Водному кодексу Российской Федерации" для поддержания объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, для предотвращения загрязнения и истощения поверхностных вод, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира устанавливаются водоохранные зоны.

Зоны санитарной охраны (ЗСО) организуются на всех водопроводах вне зависимости от ведомственной принадлежности, подающих воду как из поверхностных, так и подземных источников.Зоны санитарной охраны организуются в составе трех поясов.

Первый пояс (или зона строгого режима) включает территорию расположения водозаборов и территорию, на которой находятся головные сооружения водопровода: насосные станции, водоочистные сооружения, резервуары чистой воды. Эта территория ограждается и охраняется. Доступ посторонним лицам в нее запрещен. Воспрещено проживание на территории зоны и содержание животных (кошек, собак и др.). Вся территория должна быть озеленена, канализована с хорошим отводом атмосферных осадков с территории зоны ниже места забора воды.

В пределах первого пояса воспрещается пользование водоемом для каких бы то ни было целей (катание на лодках, купание, стирка белья, рыбная ловля, забор льда, водопой скота и т. д.).

Для персонала обязательны периодические медицинские осмотры, обследование на бациллоносительство, строгое соблюдение правил личной гигиены и санитарные знания в соответствии с объемом выполняемой работы.

Граница первого пояса для проточных водоемов: вверх по течению»— не менее 200 м (в зависимости от скорости течения) и вниз по течению — не менее 100 м; по прилегающему к водозабору берегу — не менее 100 мот линии уреза воды при наивысшем ее уровне. Для непроточных водотоков (водохранилища, озера); по прилегающему к водозабору берегу — не менее 100 м от водозабора и от линии уреза воды — 100м.

При устройстве водопровода из подземного источника граница первого пояса устанавливается в радиусе не менее 30-50 метров.

Второй и третий пояс (зона ограничений) введены для предотвращения загрязнений. При речном водопроводе зона ограничений распространяется вверх по течению на десятки километров. В качестве критерия для установления границ принята скорость процессов самоочищения водоемов от органического и бактериального загрязнений, для завершения которых в период летней межени необходим 2-4-суточный пробег воды.

Межень — ежегодно повторяющееся сезонное стояние низких(меженных) уровней воды в реках. В умеренных и высоких широтах различают летнюю и зимнюю межень.

Основные мероприятия по второму поясу зон санитарной охраны: выявление объектов, загрязняющих водоем, и строительство сооружений по очистке и обеззараживанию сточных вод. Во втором поясе регулируют размещение населенных пунктов. На 10-15 км выше места забора воды в 100200 метров прибрежной полосы запрещено удобрение пахотных земель навозом или ядохимикатами.

Массовое купание людей, водопой скота, стирка белья и др. разрешается только в местах, устанавливаемых санитарными органами.

Второй пояс зон санитарной охраны в подземном источнике колеблется от 50 до 1000 метров и более. Он зависит от того, в какой мере защищен эксплуатируемый водоносный горизонт от загрязнения с поверхности. Запрещено проведение работ, связанных с возможностью загрязнения грунтовых вод (устройство карьеров, траншей, выгребных ям и др.).