Требования к составу и свойствам воды

Сейчас мы знаем, что накопление свинца в организме вызывает заболевания нервной и кровеносной систем организма, а также способствует развитию раковых заболеваний, обладает слабым мутагенным эффектом. величине БПК можно судить о количестве органических веществ, содержащихся в воде.

Что касается других металлов, то, например, повышенные концентрации в питьевой воде кадмия, хрома могут вызвать заболевания.,.почек; меди -желудочно-кишечного тракта; ртути - центральной нервной системы; выделительной и кровеносной систем; цинка - двигательного аппарата (мышц), расстройство деятельности желудка; мышьяка - почек, печени, легких, сердечно-сосудистой системы; селена - кишечника, печени, почек, появление кровотечений; бериллия - органов кроветворения, нервной системы.

Эти данные явились основанием для разработки специальных мер по ограничению возможности попадания в воду соответствующих металлов.

В настоящее время делаются попытки установить и полезные уровни содержания металлов в воде. При этом ученые исходят из потребностей человеческого организма в целом ряде микроэлементов. Почти все перечисленные выше металлы действительно нужны организму, но в весьма малых концентрациях. Мы получаем их главным образом с пищевыми продуктами. Попытки восполнения баланса микроэлементов с питьевой водой вряд ли оправданы. Этот путь чреват опасностью передозировок, а следовательно, и получением обратного эффекта - токсического.

ПДК некоторых соединений в воде: алюминия - 0,5 мг/л; бериллия -0,0002_мг/л; молибдена - 0,25; мышьяка - 0,05; свинца - 0,03; селена - 0,001; стронция - 7,0; кадмия - 0,01.

Кроме того, стандартом нормируется содержание химических веществ, влияющих на органолептические свойства воды. К этой группе показателей качества питьевой воды отнесены: железо - не >0,3 мг/л; марганец — 0,1 мг/л; медь - 1,0 мг/л; цинк - 5 мг/л; полифосфаты - 3,5 мг/л.

Химические примеси раньше всего обнаруживают наши органы чувств -зрение, обоняние. Так, микрочастицы меди придают воде мутность, железа -красноту. Железо, содержащееся в воде, не угрожает нашему здоровью, но придает ей неприятный болотистый вкус; кроме того, при стирке на тканях остаются ржавые пятна. Такие же пятна появляются на посуде, раковинах и ваннах.

В малых концентрациях медь обнаруживается в подземных водах. Она не является кумулятивным ядом. Концентрация меди 1,5 мг/л ощутима на привкус, поэтому ПДК меди принята на уровне 1 мг/л.

В природных подземных водах цинк встречается в наибольших концентрациях. Суточная потребность цинка не превышает 16 мг. Хронические отравления цинком не известны. При концентрации цинка 30 мг/л вода приобретает молочный вид, при 10 мг/л - она мутная. Металлический привкус исчезает при 5 мг/л. Эта концентрация и является предельно допустимой.

В природных подземных водах марганец содержится в виде бикарбонатов и других хорошо растворимых солей. Вместе с тем, перманганат калия применяют в практике водоснабжения как реагент: он хорошо устраняет посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижает содержание железа. Перманганат калия употребляют и как альгицидное средство, обеспечивающее гибель водорослей, Отравления мышьяком известны при употреблении питьевой воды в районах разработки полиметаллических руд с повышенным содержанием в них мышьяка. В Канаде в 1934 г. наблюдались отравления при использовании для питьевой воды из колодцев, которые питались водой из известняков, содержащих мышьяковистое железо. Токсичным является поступление мышьяка в организм человека в количестве 5-50 мг/день (летальное - 60-300 мг/день) ПДК для мышьяка составляет 0,05 мг/л.

В некоторых водоисточниках Украины (а также Прибалтики, Западной Сибири, Казахстана) отмечено повышенное содержание бора - более 2-6 мг/л (ПДК=0,5 мг/л). Бор обладает широким спектром действия на различные системы и функции организма, в том числе и на центральную нервную систему.

В некоторых географических областях отмечено повышенное содержание селена. Так, в некоторых открытых водоемах США содержание селена составляет 0,3 мг/л, а в подземных водах — 9 мг/л. Здесь и были зарегистрированы заболевания людей и животных, вызванные повышенным содержанием селена (ПДК=0,001 мг/л). Селен обладает политропным действием на организм с преимущественным поражением печени, почек, костного мозга и центральной нервной системы.

Стабильный стронций распространен в природных водах, причем его концентрации колеблются в широких пределах - 0,1-45 мг/л. При действии больших концентраций стронция изменения в организме проявляются в первую очередь со стороны минерального обмена и ферментативных процессов в _костной ткани. Он не обладает резко выраженными кумулятивными свойствами, но имеет довольно широкий спектр действия при длительном поступлении в организм. Комплексное гигиеническое исследование показало, что длительное употребление питьевой воды, содержащей стронций на уровне 7 мг/л, не вызывает никаких изменений в организме человека. Эта величина и была принята в качестве ПДК. . ....

Широко распространен в природе бериллий. Он содержится в минеральных, горных породах, живых организмах, а также в некоторых природных водах. Бериллий является ядом общетоксического действия с высокой степенью кумуляции, приводящим к поражению дыхательной нервной и сердечно-сосудистой систем. Он оказывает угнетающее действие на некоторые ферменты организма и состояние красной крови. Характерной особенностью бериллия является длительный латентный период проявления интоксикации и отсутствие прямой корреляции между дозой действующего вещества, продолжительностью контакта и реакцией организма. Изучение хронического влияния малых концентраций бериллия определило его пороговую концентрацию, вызывающую функциональное нарушение в костном мозгу и изменения состояния красной крови. Она оказалась равной 0,002 мг/л, а в качестве ПДК - 0,0002 мг/л.

Молибден встречается в почвах, растениях, а также в природных водах (в частности - в подземных). Миграция молибдена в водах часто происходит в виде иона молибденовой кислоты. Молибден выделяется из организма довольно быстро и его кумулятивные свойства выражены слабо. Молибден оказывает угнетающее влияние на активность костной ткани, вызывает уменьшение содержание меди в организме. При избытке молибдена у животных и человека усиливается образование мочевой кислоты, что у людей ведет к заболеванию «молибденовой подагрой». При хроническом отравлении молибденом нарушается состав сыворотки крови и уменьшается количество витамина С в печени. ПДК для молибдена - 0,25 мг/л.

К весьма неприятным последствиям ведет попадание в организм кадмия. Кадмий может замещать цинк в цинксодержащих ферментах (гидроксилазах). После этого фермент становится неактивным, а организмы, в которые попал кадмий, могут служить пищей для других организмов, таким образом, кадмий внедряется в общую цепь питания. Подобные вещества представляют особую опасность для организма вследствие их устойчивости и липофильности (взаимодействию с жирами), обусловливающими большой период полувыведения, т.е. время, в течение которого выделяется или разрушается половина усвоенного организмом вещества. Для кадмия период полувыведения составляет более 10 лет (для сравнения: период полувыведения ртути - 70-80 дней), поэтому даже следам кадмия уделяют самые серьезное внимание. Не приходится удивляться вредным последствиям внедрения кадмия в организм: соответствующая болезнь носит название «итай-итай» и выражается в болезненном скручивании костей, анемии и почечной недостаточности. ПДК для кадмия равна 0,01 л/г/?_.

Очень важным нормативом для воды является содержание фтора. Еще в 30-х годах была установлена взаимосвязь содержания фтора в питьевой воде и поражении зубов у людей. Оказалось, что при содержании фтора в питьевой воде / мг/л наблюдается наименьшая распространенность кариеса. При повышенных концентрациях фтора развивается другой недуг (особенно у детей) - флюороз. Зубы темнеют, крошатся и ломаются. Поэтому при водоснабжении небольших населенных пунктов для уменьшения количества фтора в воде используют метод смешения подземных вод из богатых фтором водоносных горизонтов с водой, имеющей незначительную концентрацию фтора. Фтор стал первым веществом, для которого был установлен физиологический оптимум содержания в питьевых водах - 0,7-1,5 мг/л.

Долгое время присутствие в воде нитратов рассматривали как косвенный признак бытового загрязнения, так как нитраты являются конечным продуктом распада органических веществ, попадающих в водоисточник главным образом с загрязнением. Например, в загрязненных колодцах их содержание достигает 100 мг/л и более. Однако повышенные концентрации нитратов были обнаружены и в природных подземных водах, в которых нитраты образуются в результате восстановительных процессов, протекающих в почве и воде.

Согласно современной теории нитраты в кишечнике человека восстанавливаются в нитриты под влиянием бактерий. Всасывание нитритов ведет к образованию метгемоглобина и к частичной инактивации гемоглобина. Таким образом, в основе заболевания лежит та или иная степень кислородного голодания, симптомы которого проявляются в первую очередь у детей, особенно грудного возраста, которые болею этой формой преимущественно при искусственном вскармливании (разведение сухих молочных смесей водой, содержащей нитраты\} или при употреблении этой воды для питья. Дети старшего возраста менее подвержены этому заболеванию, т.к. у них сильнее выражены компенсаторные механизмы. Проявление болезни у них менее тяжелое.

Употребление воды, содержащей 2-77 мг/л нитратов, не вызывает повышение в крови уровня метгемоглобина, тогда как использование воды с концентрацией 50-100 мг/л резко его увеличивает, причем растет и число лиц с повышенным содержанием метгемоглобина. При концентрации нитратов 705 л/г/л в организме снижается иммунитет и нарушается условнорефлекторная деятельность. Концентрация нитратов на уровне 45 мг/л является безопасной и принята в качестве ПДК. В последнее время появились новые данные, свидетельствующие о возможности проявления канцерогенного действия нитратов. Данные эти весьма настораживающие, но еще требующие серьезной проверки.

Минеральный состав. Вода пригодна для питья, если ее общая минерализация не превышает Ш00_мг/л. Очень малая минерализация воды (до 100 мг/л) тоже ухудшает ее вкус, а вода, вообще лишенная солей (дистиллированная), вредна для человеческого организма, так как ее употребление нарушает пищеварение и деятельность желез внутренней секреции. Иногда по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы допускается содержание сухого остатка (солей) до 1500 мг/л, а при использовании подземных вод без установок по их обезжелезиванию -содержание железа в водопроводной воде до 1 мг/л.

Обычно говорят: чистая вода - залог здоровья. Вкусной воды в природе много, но идеально чистой нет и быть не может. Вода - один из лучших растворителей, поэтому капли дождя или снега до того как попасть на землю обогащаются азотом, кислородом, углекислотой, пылью и другими компонентами, находящимися в атмосфере. Так, в одном из самых чистых районов, в Енисейском секторе Арктики, вдали от Ледовитого океана в 1 л воды, полученной из снега, содержится в среднем 93 мг минеральных солей, кислорода, натрия и серы. Даже дистиллированная вода аптек и лабораторий не является идеально чистой. Известный ученый Ф. Кольрауш 42 раза перегонял воду в специальном стеклянном сосуде при пониженном давлении, но идеально чистой воды так и не получил из-за проникновения из воздуха примесей углекислоты, кислорода и азота.

К настоящему времени установлено, что вода с повышением содержания хлоридов и сульфатов помимо неприятного привкуса приобретает и способность отрицательно влиять на функции системы пищеварения. Повышенное содержание кальция способствует камнеобразованию в почках и мочевом пузыре. Последние исследования показали, что длительное использование для питья вод хлоридно-сульфатного класса с минерализацией, повышенной до 3 г/л, весьма отрицательно влияет на течение беременности и родов, на плод и новорожденного, на гинекологическую заболеваемость. свойствами, что способствует уменьшению вероятности тромбозов. У людей, потребляющих жесткую воду, в тканях организма содержится, как правило, больше кальция и магния.

Вторая группа гипотез утверждает, что в жесткой воде содержится большее количество других элементов (помимо Mg и Са), выполняющих защитные функции. В числе таких элементов, прежде всего, называются литий и ванадий, а также марганец и хром. Ванадий по некоторым данным, препятствует образованию холестерина, литий может способствовать улучшению кровообращения в венозных сосудах сердца.

Третья группа гипотез указывает на то, что мягкая вода из-за своих коррозионных свойств содержит большее количество металлов, отрицательно сказывающихся на работе сердечно-сосудистой системы. В числе таких металлов исследователи называют кадмий, свинец, медь и цинк. Кадмий и свинец, в частности, по-видимому, способствует росту кровяного давления.

Болезнетворные организмы. При наличии в воде болезнетворных организмов возможна передача инфекционных заболеваний. С загрязненной речной водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей - гельминтов, которые в кишечнике превращаются во взрослых паразитов. Наконец, через воду может происходить заражение лямблиями, поражающими кишечник и печень. К возбудителям инфекционных заболеваний вирусной природы относится целый ряд кишечных вирусных заболеваний, полиомиелит, некоторые гепатиты (заболевания печени). Все вирусы - возбудители достаточно устойчивые в водной среде, поэтому водный путь передачи ряда инфекций является вполне очевидным.

Холерные и брюшнотифозные эпидемии, протрясавшие Европу в конце прошлого и начала XX столетия, убедительно подтвердили этот вывод, но человечество оплатило доказательство этой истины ценой многих и многих тысяч жизней.

До 1954 г. в мире ежегодно регистрировалось несколько сот тысяч случаев холеры. Начиная с 1957 г. это количество закономерно снижается. Но еще в 1964 г. от холеры пострадали более 600 тыс. человек (20 тыс. из них погибли). Последняя эпидемия холеры (возбудитель - вибрион Эль-Тор), начавшись в 1960 г. в Индонезии, к 1962 г. охватила все Филиппинские острова. В 1963 г. от этой эпидемии страдали Япония, Южная Корея, Индокитай, Индия. Позже она проникла в Афганистан, Иран, а в 7970 г. — в СССР (южный районы).

Эпидемические вспышки среди населения наблюдаются и теперь. По данным Всемирной организации здравоохранения в 1963 г. было зарегистрировано до 100 тысяч случаев заболевания брюшным тифом, около 1 млн. случаев дизентерии. В целом число людей, перенесших острые кишечные инфекционные заболевания, составляет 500 млн. в год.

Американские исследователи считают, что в 65% случаев зарегистрированные вспышки желудочно-кишечных инфекционных заболеваний вызываются бактериальными загрязнениями питьевой воды, в 35% случаев загрязнением водоисточников и недостаточным обеззараживанием воды на водопроводных станциях.

В 1892 г. знаменитый бактериолог Роберт Кох сделал важное открытие. Если в 1 мл воды можно насчитать не более 100 безвредных бактерий, она не опасна. При таком голодном пайке болезнетворным микробам-паразитам не выжить. Но если критическая сотня преодолена, надо срочно бить тревогу. Р. Кох впервые в мире дал объективный критерий оценки качества воды. Этим нормативом пользуются до настоящего времени.

Прямое определение болезнетворных микробов - дело весьма сложное п трудоемкое. Поэтому вопрос о доброкачественности воды в бактериальном отношении решают косвенным методом: путем определения количества кишечных палочек в 1 л воды. Кишечная палочка - это микроб, постоянно обитающий в кишечнике человека и животных. Кишечная палочка не является возбудителем какого-либо заболевания, она безвредна для человека. Однако ее присутствие в воде свидетельствует о загрязнении воды болезнетворными бактериями.

Чем больше кишечных палочек находится в воде, тем больше вероятность одновременного присутствия в ней болезнетворных микробов. Если нет кишечных палочек или их очень мало, то в воде нет и других микробов, вызывающих инфекционные заболевания. Согласно ГОСТ в 1 л питьевой воды допускается не более 3-х кишечных палочек, т.е. так называемый коли-индекс не должен превышать 3. Обратная величина (количество мл воды, в котором находится одна кишечная палочка) называется коли-титром. Безупречная в бактериальном отношении вода должна иметь коли-титр не менее 333.

Особенно важны эти показатели при оценке качества обеззараживания воды. Оказывается, что если коли-титр воды в процессе ее обеззараживания повышается до 333 и более, выживание патогенных (болезнетворных) бактерий исключено полностью.

Однако в случае необходимости современная санитарная микробиология и вирусология располагают методами обнаружения в воде и патогенных микроорганизмов. Делается это в особых случаях, связанных с создавшейся эпидемической обстановкой.

Угроза поступления болезнетворных бактерий может исходить не только от питьевой воды, но и от воды, используемой для купания, занятий спортом и т.п. Пригодность водных объектов для этих целей регламентирует группа Государственных стандартов.

В исследованных пробах сальмонелл тифа и паратифов, шигелл и при благополучной эпидемической ситуации по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы может быть продолжена эксплуатация водного объекта, если ЛКП не будет превышать 10000 на 1л...

Остается непонятным, зачем тогда нужно вообще тратить время на определение в пробе вирусов и стафилококков?

Следует все же напомнить, что ЛКП обычные обитатели нашей пищеварительной системы и наличие их в воде - просто свидетельство ее фекального загрязнения.

В 1 г человеческих фекалий содержится примерно 10⁷-10⁸ ЛКП. Отсюда легко оценить (возвращаясь к «примечанию»!) допустимое содержание фекалий в пляжной воде по ГОСТу «при благополучной эпидемиологической ситуации по согласованию с органами СЭС...» Это будет примерно 10г/м³ воды. Расчет этот хотя и не очень эстетичен, но, увы! достаточно точен.

Вдвое против ГОСТа ужесточают норму ЛКП «Методические рекомендации...» Минздрава Украины 1985 года, которые приведены ниже:

Очищаются сточные воды в 3 этапа: механическая очистка, биологическая и обеззараживание.

Внешне и по органолептическим показателям сточные воды после биологической очистки кажутся совершенно чистыми. Тем не менее, они по-прежнему богаты микрофлорой. В 1 литре содержится около 10⁶ бактерий и вирусов. Словом, после биологической очистки стоки, несмотря на кристальную прозрачность, безусловно эпидемически опасны.

Именно поэтому нужен 3-й этап очистки сточных вод - их обеззараживание. Обычно это - хлорирование. Хотя это и не лучший способ, но на сегодня самый дешевый. К сожалению, доза хлора для обеззараживания стоков подбирается эмпирически, часто с избытком. Каков будет букет химических соединений в сточных водах — никто не знает. Но точно известно: хлорпроизводные многих органических веществ на несколько порядков ядовитее исходных соединений, многие из них канцерогенны (в частности, некоторые хлоруглеводороды).

Вопрос обеззараживания, пожалуй, единственный во всем комплексе проблемы очистки стоков, который не решен не только практически, но даже и теоретически. Поэтому все надежды пока возлагаются на бактерицидное действие морской воды. Сточные воды стараются сбрасывать как можно дальше от берега, для чего строят глубоководные выпуски.

В Украине только один настоящий глубоководный выпуск - в Ялте. Он заканчивается на глубине 86 м в 6,25 км от берега на траверзе интуристского пляжа гостиницы «Ялта». Над глубоководным выпуском находится «условно в исследованных пробах сальмонелл тифа и паратифов, шигелл и при благополучной эпидемической ситуации по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы может быть продолжена эксплуатация водного объекта, если ЛКП не будет превышать 10000 на 1л...

Остается непонятным, зачем тогда нужно вообще тратить время на определение в пробе вирусов и стафилококков?

Следует все же напомнить, что ЛКП обычные обитатели нашей пищеварительной системы и наличие их в воде - просто свидетельство ее фекального загрязнения.

В 1 г человеческих фекалий содержится примерно 10⁷-10⁸ ЛКП. Отсюда легко оценить (возвращаясь к «примечанию»!) допустимое содержание фекалий в пляжной воде по ГОСТу «при благополучной эпидемиологической ситуации по согласованию с органами СЭС...» Это будет примерно 10г/м³ воды. Расчет этот хотя и не очень эстетичен, но, увы! достаточно точен.

Вдвое против ГОСТа ужесточают норму ЛКП «Методические рекомендации...» Минздрава Украины 1985 года, которые приведены ниже:

Очищаются сточные воды в 3 этапа: механическая очистка, биологическая и обеззараживание.

Внешне и по органолептическим показателям сточные воды после биологической очистки кажутся совершенно чистыми. Тем не менее, они по-прежнему богаты микрофлорой. В 1 литре содержится около 10⁶ бактерий и вирусов. Словом, после биологической очистки стоки, несмотря на кристальную прозрачность, безусловно эпидемически опасны.

Именно поэтому нужен 3-й этап очистки сточных вод - их обеззараживание. Обычно это - хлорирование. Хотя это и не лучший способ, но на сегодня самый дешевый. К сожалению, доза хлора для обеззараживания стоков подбирается эмпирически, часто с избытком. Каков будет букет химических соединений в сточных водах — никто не знает. Но точно известно: хлорпроизводные многих органических веществ на несколько порядков ядовитее исходных соединений, многие из них канцерогенны (в частности, некоторые хлоруглеводороды).

Вопрос обеззараживания, пожалуй, единственный во всем комплексе проблемы очистки стоков, который не решен не только практически, но даже и теоретически. Поэтому все надежды пока возлагаются на бактерицидное действие морской воды. Сточные воды стараются сбрасывать как можно дальше от берега, для чего строят глубоководные выпуски.

В Украине только один настоящий глубоководный выпуск - в Ялте. Он заканчивается на глубине 86 м в 6,25 км от берега на траверзе интуристского пляжа гостиницы «Ялта». Над глубоководным выпуском находится «условно способности к кумуляции, проявлению отдаленных и специфических эффектов действия.

Как правило, трансформация химических веществ в водной среде приводит к образованию менее токсичных и опасных продуктов, а также к снижению их концентрации. 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. Так, ПДК для ртутьорганических соединений в 5 раз ниже, чем для металлической ртути.

В процессе хлорирования воды наблюдается образование хлорорганических продуктов, среди которых наиболее часто и в наибольших концентрациях присутствует хлороформ. Гидролиз в водной среде малотоксичного уротропина приводит к образованию формальдегида обладающего высокой токсичностью и цитогенетической активностью (ПДК по формальдегиду составляет 0,05 мг/л а для уротропина - 0,5 мг/л).

При хлорировании горячей воды в системе может идти реакция: KCNS + 4С1₂ + 4Н₂О -> CNC1 + КС1 + H₂SO₄ + 6HC1

Если токсичность роданида калия сравнительно невелика, (ПДК—1 мг/л, в крови человека содержится около 1,3 мг KCNS в 100 мл), то хлорциан - это ОВ, его раздражающая концентрация равна 0,002 мг/л, непереносимая - 0,06 мг/л, а концентрация 0,4 мг/л в течение 10 мин вызывает смертельный исход.