Текст книги "Гигиена и экология человека"

1.2. Гигиеническая характеристика воды и водоснабжения

Вода – самое распространенное вещество в биосфере. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и атома кислорода, дипольна по структуре. Вода может находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. В жизни человека вода имеет огромное значение, в частности, в обеспечении нормального течения физиологических процессов в организме (пищеварения, выделения, дыхания, зрения, терморегуляции). Вода является универсальным растворителем, средой и участником биохимических реакций, участвует и способствует сохранению коллоидного состояния плазмы крови. Вода нужна для поддержания чистоты тела, жилищ, общественных зданий, улиц и площадей, организации отопления и удаления нечистот, мытья посуды, кухонного инвентаря, сырых овощей, ягод и фруктов, кулинарной обработки пищи. Широко используется вода минеральных подземных источников в качестве лечебного средства при многих заболеваниях. Издавна воду применяли для закаливания организма.

Однако вода может играть и отрицательную роль, являясь одним из путей передачи возбудителей инфекционных болезней, фактором риска при избыточном или недостаточном солевом составе.

В соответствии с гигиеническими требованиями питьевая вода должна быть безопасной в эпидемическом и радиационном отношении, безвредной по химическому составу, обладать благоприятными органолептическими свойствами.

Потребность в воде определяется ее количеством, необходимым для удовлетворения физиологических, хозяйственно-бытовых, санитарно-гигиенических и производственных нужд. В населенных пунктах, не имеющих внутренних водопровода и канализации и пользующихся водой из водозаборных колонок, потребление воды составляет в среднем 30–60 дм³ в сутки на одного человека. В городах с водопроводом, канализацией, ваннами, централизованным горячим водоснабжением водопотребление достигает 250–350 дм³ в сутки на человека.

Свойства воды, которые можно определить при помощи органов чувств, называют органолептическими. К органолептическим свойствам воды относятся запах, вкус, цветность, прозрачность, мутность, температура. Органолептические свойства могут изменяться под влиянием химического и микробного загрязнения.

Значение органолептических свойств заключается в том, что они обусловливают внешний вид воды, а также могут указывать на ее загрязнение. Кроме того, мутная, непрозрачная, окрашенная в какой-либо цвет, теплая, имеющая неприятный запах и вкус, вода отрицательно сказывается на водно-питьевом режиме, угнетает секреторную деятельность желудка, приводит к отказу от потребления воды.

Проблемы с качеством питьевой воды могут быть обусловлены природными факторами (свойства водоносных горизонтов) и антропогенным влиянием (загрязнение в результате деятельности человека).

Наиболее важными химическими компонентами воды являются кальций, магний, калий, натрий, хлориды, сульфаты и сульфиты, фосфаты, карбонаты и гидрокарбонаты, йод, железо, цинк, молибден, марганец, кобальт, фтор, водород, кислород и др.

Разносторонне влияние на организм человека может оказать степень содержания минеральных веществ. В зависимости от количества минеральных солей различают воды пресные (до 1 г/дм³), солоноватые (1–2,5 г/дм³) и соленые (выше 2,5 г/дм³ минеральных веществ). Высокая общая минерализация питьевой воды при постоянном употреблении приводит к расстройству пищеварения, снижению аппетита, потере трудоспособности, обострению хронических заболеваний желудочно-кишечного тракта. Соленая вода обусловливает обезвоживание организма, нарушает кислотно-щелочное равновесие, приводит к ослаблению сердечной деятельности и смерти.

Избыточное поступление в организм с питьевой водой хлоридов вызывает угнетение желудочной секреции, уменьшение диуреза, повышение артериального давления, сульфатов – нарушение водно-солевого обмена и диспептические явления.

Существенное влияние на организм оказывают соли кальция и магния, обусловливающие природную жесткость воды. В жесткой воде плохо развариваются овощи и мясо, настаивается чай, мылится мыло. Жесткость определяет отложение накипи на посуде. У лиц с чувствительной тонкой кожей жесткая вода приводит к закупорке протоков сальных желез и вызывает болезненную сухость и раздражение. При систематическом употреблении воды с высокой жесткостью (выше 10 мг·экв/л) у человека повышается риск развития мочекаменной болезни. Оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,5–7 мг·экв/л.

В воде могут также содержаться химические соединения, обладающие токсичными для организма человека свойствами. Так, повышенное количество нитратов в питьевой воде может вызвать у детей водно-нитратную метгемоглобинемию.

Качество воды очень зависит от того, из каких источников она взята. Вода подземных источников имеет высокие вкусовые качества за счет наличия определенных солей, которых нет в воде поверхностной. Однако в воде из подземных источников зачастую содержится железо в повышенных количествах. Высокое содержание железа – это природное свойство белорусской подземной воды. Превышение гигиенического норматива железа характерно для половины артезианских скважин на территории Республики Беларусь, а на Полесье доля таких скважин доходит до 90–95 %.

Содержание железа в питьевой воде выше 0,3 мг/л нежелательно по эстетическим и бытовым соображениям, поскольку она приобретает мутность, желто-бурую окраску, горьковатый металлический вкус, оставляет пятна на белье и санитарно-технических изделиях.

Поверхностные воды менее защищены, поэтому должны подвергаться более тщательной очистке по сравнению с подземными.

Районы, где создается избыток или недостаток микроэлементов в воде, почве и растениях, называются биогеохимическими провинциями, а связанные с ними заболевания – эндемическими. К эндемическим заболеваниям, обусловленным водой, относится флюороз, кариес, «стронциевый» рахит и др. Флюороз развивается при избыточном поступлении фтора, кариес – при дефиците фтора в организме, «стронциевый» рахит – при избытке стронция.

Профилактика эндемических заболеваний включает внесение необходимых химических элементов в воду и пищу, создание специальных минеральных препаратов (фторирование воды, применение зубных паст с фтором), обработку воды с целью удаления избытка микроэлементов.

Вода содержит большое количество свободно живущих бактерий, одноклеточных водорослей, грибов и простейших, а также многоклеточных организмов. В природной воде обитают в незначительном количестве патогенные микроорганизмы, одни из которых быстро погибают, а другие могут сохранять жизнеспособность до года и более (например, брюшнотифозная палочка и холерный вибрион). Через воду могут передаваться возбудители холеры, брюшного тифа, вирусного гепатита А, энтеровирусной инфекции, дизентерии и других кишечных инфекций.

Для человека определенную опасность представляют некоторые моллюски и ракообразные, которые являются промежуточными хозяевами широкого лентеца, кошачьего и легочного сосальщиков и других гельминтов.

Присутствие большого количества микроорганизмов может ухудшать органолептические свойства воды.

Для своих нужд человек использует в основном только пресную воду из поверхностных и подземных источников.

Поверхностные источники, или наземные воды, делят на естественные и искусственные. Естественные открытые источники включают реки, озера и пруды, искусственные – водохранилища.

Реки представляют собой естественные стоки родников, болот, озер, ледников. Их воды характеризуются большим количеством взвешенных веществ, низкой прозрачностью и большой микробной обсемененностью.

Озера и пруды – это различной величины и формы углубления суши, пополняющиеся водой преимущественно за счет атмосферных осадков и родников. Они обладают слабо выраженной способностью к самоочищению и могут быть значительно загрязнены химическими, физическими и биологическими агентами.

Водохранилища – это искусственные водоемы, устроенные на реках, перегороженных плотинами. В условиях застойного режима, особенно летом, наблюдается «цветение» водохранилищ за счет развития сине-зеленых водорослей.

Подземные источники по условиям залегания разделяют на грунтовые и межпластовые подземные воды.

Грунтовые воды скапливаются над первой водонепроницаемой породой и не имеют водоупорного слоя сверху. Образуются главным образом за счет фильтрации атмосферных осадков или воды открытых водоемов. Однако если слой почвы, через который вода фильтруется не очень толстый, то грунтовые воды могут легко загрязняться. Эти воды бесцветны, прозрачны, характеризуются хорошим вкусом. В основном грунтовые воды используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения в сельской местности при децентрализованном водоснабжении (колодцы).

Межпластовые воды заключены между двумя водонепроницаемыми породами. Питание их происходит в местах прерывания водонепроницаемой кровли. Межпластовые воды имеют хорошие органолептические свойства, химический и микробный состав. Их делят на безнапорные и напорные (артезианские). Артезианские воды передвигаются под давлением и могут фонтанировать.

Поскольку подземные воды лучше защищены от загрязнения, они имеют большие преимущества для питьевого водоснабжения. При выборе источников водоснабжения из поверхностных вод предпочтение следует отдавать рекам, а из подземных – артезианским водам.

В настоящее время в населенных местах используются две системы водоснабжения: децентрализованная, или местная, и централизованная. При децентрализованной системе потребитель сам берет воду непосредственно из водоисточника. При централизованной системе вода подается по трубам в жилые дома, учреждения и предприятия.

Децентрализованное водоснабжение в республике осуществляется из шахтных колодцев, доходящих до первого водоупорного слоя. Шахтные колодцы должны располагаться на возвышенном незагрязненном участке на расстоянии не менее 50 м от возможных источников загрязнения. Колодец должен иметь крышку, песчано-гравийный фильтр, глиняный замок, асфальтовую или бетонную отмостку с водоотводными канавками и общественное ведро или водяной насос. Его необходимо периодически очищать и обеззараживать.

Централизованное водоснабжение осуществляется путем устройства водопровода из подземных или открытых водоисточников.

Водопровод из подземных источников, как правило, состоит из водозаборного сооружения, насосов первого подъема, сборного резервуара, насосов второго подъема, водонапорной башни и распределительной сети.

Водопровод из открытых водоемов включает водозаборное сооружение, насосную станцию первого подъема, отстойник с коагуляцией, фильтры, хлораторную, резервуар чистой воды, насосную станцию второго подъема, водоводы, водонапорную башню, распределительную сеть.

С гигиенической точки зрения оптимальным является устройство водопровода из подземного источника.

Для улучшения качества воды применяют очистку, обеззараживание и специальные методы обработки. Очистка направлена на осветление и обесцвечивание воды. Она осуществляется механическим (отстаивание), химическим (коагуляция) и физическим (фильтрование) методами. Последовательность этапов очистки воды на водопроводных станциях следующая: коагуляция, отстаивание, фильтрация.

Коагуляция заключается в добавлении к воде коагулянта – чаще всего алюминия сульфата. В процессе коагуляции образуются гидрооксиды, которые адсорбируют загрязнители и быстро выпадают в осадок в виде хлопьев, освобождая воду от взвешенных частиц.

Отстаивание проводится в специальных отстойниках в течение 2–8 ч. Более полное освобождение воды от взвешенных частиц происходит в процессе фильтрации на специальных мелкопористых фильтрах.

Обеззараживание воды направлено на уничтожение микроорганизмов. Его проводят химическими и физическими методами. Химические методы основаны на добавлении к воде химических веществ, вызывающих гибель микроорганизмов. Одним из самых надежных и испытанных химических методов является хлорирование при помощи газообразного хлора, хлорной извести и других препаратов, содержащих хлор. К физическим методам относят кипячение, ультрафиолетовое облучение, использование ультразвука и др.

Специальные методы обработки включают дезодорацию, умягчение, опреснение, обезжелезивание, дезактивацию и др. Дезодорация – это удаление посторонних запахов и привкусов воды, умягчение – полное или частичное освобождение воды от катионов кальция и магния. Под опреснением понимается удаление солей, обезжелезиванием – железа, дезактивацией – радиоактивных веществ.

С учетом исходного качества воды и требуемой степени обработки водоисточники делятся на три класса (СТБ 1756–2007 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора») (табл. 1.3).

В воде используемых водоисточников всех классов сухой остаток не должен превышать 1000 мг/дм³, хлориды – 350 мг/дм³, сульфаты – 500 мг/дм³, общая жесткость – 7 ммоль/дм³. Вода также не должна содержать возбудителей кишечных инфекций, токсических химических веществ и радионуклидов в концентрациях, превышающих специальные нормативы.

Таблица 1.3. Показатели качества воды источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения

В воде источников децентрализованного водоснабжения мутность не должна превышать 2 мг/дм³, цветность – 30 ^о, запах и привкус – 3 балла, нитраты – 45 мг/дм³, термотолерантных колиформных бактерий не должно быть в 100 см³ (СанПиН и ГН «Гигиенические требования к источникам нецентрализованного питьевого водоснабжения населения», утвержденных постановлением Минздрава Республики Беларусь № 105 от 2.08.2010 г.).

При исследовании воды из децентрализованных источников особое внимание следует обращать на наличие аммиака, нитритов, нитратов, хлоридов. Рекомендуемое содержание нитритов – не более 3,3 мг/дм³, аммиака – не более 2 мг/дм³, хлоридов – 350 мг/дм³. Наличие аммиака вызывает подозрение на свежее фекальное загрязнение воды и возможное ее заражение микроорганизмами. Нитриты образуются в результате восстановления нитратов и нитрификации аммиака. В последнем случае они приобретают большое санитарно-показательное значение и свидетельствуют о недавнем загрязнении воды органическими веществами животного происхождения. Нитраты обнаруживаются в болотистых водах, а также могут образовываться из аммиачных и нитритных загрязнителей. Содержание в воде только нитратов может указывать на давнее загрязнение, а содержание нитратов, аммиака и нитритов одновременно – на постоянное и длительное загрязнение воды. Хлориды могут свидетельствовать о загрязнении воды хозяйственно-бытовыми стоками.

Основным нормативным документом для воды при централизованном водоснабжении является СанПиН 10-124 РБ 99 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

К микробиологическим и паразитологическим показателям относится общее микробное число, содержание термотолерантных и общих колиформных бактерий, колифагов, спор клостридий, цистлямблий. Вода считается пригодной для питья, если общее микробное число не более 50 см³, термотолерантные и общие колиформные бактерии отсутствуют в 300 см³, колифаги – в 100 см³, споры сульфитредуцирующих клостридий – в 20 см³, цисты лямблий – в 50 дм³.

Содержание химических веществ в питьевой воде приведено в табл. 1.4. Органолептические показатели не должны превышать по запаху 2 балла, привкусу – 2 балла, цветности – 20 ^о, мутности – 1,5 мг/дм³ (по коалину). Радиационная безопасность питьевой воды отмечается при общей α-радиоактивности 0,2 Бк/дм³ и при общей β-радиоактивности – 1 Бк/дм³.

Таблица 1.4. Нормативы питьевой воды по химическим показателям

К основным источникам загрязнения воды относятся промышленные предприятия, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные объекты, сбрасывающие сточные воды с загрязнителями в водоемы.

Наиболее распространенными загрязнителями химической природы являются азотсодержащие соединения (нитраты, нитриты, аммиак), поверхностно-активные вещества, углеводороды, тяжелые металлы, пестициды, физической – песок, плавающие примеси, биологической – бактерии, вирусы, цисты простейших, яйца гельминтов.

Городские сточные воды в своем составе содержат большое количество микроорганизмов, в том числе патогенных (бактерии, вирусы, грибы, яйца гельминтов), органических (продукты жизнедеятельности, остатки моющих средств и т. д.) и минеральных загрязнителей (песок, глина, кислоты и т. д.).

Промышленные сточные воды в зависимости от происхождения могут содержать в своем составе тяжелые металлы, нефть и нефтепродукты, углеводороды, кислоты, щелочи.

В сельскохозяйственных сточных водах отмечаются органические соединения, микроорганизмы. Поверхностные стоки насыщены взвешенными веществами, органическими соединениями, могут содержать пестициды, удобрения.

Водоемы способны избавляться от загрязнителей естественным путем, т. е. самоочищаться гидравлическим, механическим, физическим, химическим и биологическим способами. Однако при сильном загрязнении сточными водами процессы самоочищения подавляются.

Загрязнение воды фенолом, нефтью и нефтепродуктами приводит к резкому ухудшению органолептических свойств, кислотами – к уменьшению, а щелочами – к повышению рН.

Употребление человеком воды, загрязненной вредными химическими веществами, может вызывать отравления. Загрязнение воды полициклическими и ароматическими аминами, мышьяком может привести к отдаленным канцерогенным эффектам.

Загрязнители биологической природы могут привести к заражению человека кишечными инфекциями (холера, брюшной тиф, дизентерия), вирусными болезнями (гепатит, полиомиелит), паразитарными болезнями (амебиаз, аскаридоз, трихоцефалез), грибковыми заболеваниями (эпидермофития).

В Республике Беларусь в поверхностные водоемы ежегодно сбрасывается около 1129 млн м³ сточных вод, в том числе бытовых – 69 % и промышленных – 28 %. Большинство рек умеренно загрязнено химическими веществами. Сильное загрязнение рек отмечается ниже по течению после крупных городов. Наиболее загрязнены химическими веществами Свислочь, Днепр, Западная Двина, радионуклидами – Припять и Днепр. Известны факты загрязнения подземных вод на территории Республики Беларусь микроорганизмами, нитратами, пестицидами.

Охрана поверхностных вод от загрязнения проводится в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.2.12-33-2005 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод от загрязнения» № 198 от 28.11.2005 г. Установлены ПДК вредных веществ в воде (табл. 1.5).

Таблица 1.5. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

С целью охраны вод от загрязнения на промышленных предприятиях внедряется бессточное производство и оборотное водоснабжение. Перед сбросом сточных вод в водоемы предусматривается устройство очистных сооружений, сбросы осуществляются в разное время суток.

Важное место в охране воды от загрязнения принадлежит организации и эксплуатации зон санитарной охраны (ЗСО) (рис. 1.1). Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого водоснабжения – специально выделенная территория и акватория водного объекта, в которых устанавливаются специальные режимы хозяйственной и иной деятельности в целях охраны источника и водопроводных сооружений от загрязнений. Требования к размерам ЗСО и их содержанию установлены в СанПиН 10-113 РБ 99 «Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения».

Рис. 1.1. Схемы зон санитарной охраны водопровода из больших и малых рек: а – для малых водоемов; б – для средних и больших водоемов

Обычно зоны санитарной охраны организуются в составе трех поясов. Первый пояс (строгого режима) включает территорию водозабора, водоподъемные устройства, головные сооружения, водоподводящий канал. Он предназначен для защиты места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Первый пояс ограждается и охраняется. Границы первого пояса водопровода из подземного источника устанавливаются в радиусе 30–50 м. Первый пояс водопровода из открытого проточного водоема вверх по течению устанавливается на расстоянии 200 м, вниз по течению – 100 м, по прилегающему к водозабору берегу – 100 м от линии уреза воды летне-осенней межени.

Второй и третий пояса (ограничений) включают территорию, предназначенную для предупреждения возможного микробного и химического загрязнения воды соответственно. Размещение на этой территории различных объектов контролируется органами государственного санитарного надзора. Здесь ограничиваются строительство, спуск сточных вод, использование водоема для спортивных и прочих целей.