Текст книги "Гигиена водоснабжения. Учебное пособие"

1.5. Количественные нормы водопотребления

С позиции гигиены, за норму водопотребления принимаются нижние границы оптимума, удовлетворяющие потребность людей без значительного снижения общего санитарно-гигиенического уровня жизни. Само собой разумеется, что понятие «оптимум» и его границы могут меняться в зависимости от конкретных условий обстановки, привычек, общекультурного уровня населения и т. п. Однако во всех случаях нормативы должны предусматривать удовлетворение наиболее важных потребностей как отдельного человека, так и коллектива в целом. Эти потребности можно разделить на физиологические, хозяйственно-бытовые (гигиенические) и технические.

Физиологические нужды организма удовлетворяются при питье воды, чая, напитков, а также водой, входящей в состав пищевых продуктов и готовой пищи. Кроме того, некоторое количество воды образуется за счет окисления питательных веществ в процессе обмена веществ. При окислении 1 г углеводов образуется 0,55 г метаболической воды; при окислениии 1 г жиров – 1,07 г; 1 г белков -0,4 г метаболической воды. За сутки в среднем в организме может образоваться 350–400 мл эндогенной воды.

Установлено, что в условиях покоя и комфортного микроклимата взрослому человеку в сутки требуется примерно 40 г воды на 1 кг массы тела, детям – в 2–2,5 раза больше, что объясняется как интенсивностью метаболических процессов, так и морфологическими особенностями детского организма. Нормальное потребление воды здоровым человеком составляет 2200–2500 мл в сутки (табл. 4). За минимальную суточную потребность в воде в неосложненных условиях, по данным ВОЗ, принято считать 1750 мл, в том числе 650 мл – питье, 750 мл – вода в составе пищи, 350 мл – вода окисления.

Потребность в воде резко возрастает, если человек выполняет физическую работу, особенно в условиях высокой температуры окружающей среды. В этом случае большое количество ее расходуется организмом на нужды теплоотдачи путем испарения пота. Если в обычных условиях испарением обеспечивается 20–25 % суммарных теплопотерь организма, то при высокой температуре воздуха этот путь теплоотдачи становится ведущим, при этом потери воды организмом могут достигать одного и более литров в час. В табл. 5 представлены результаты специальных физиолого-гигиенических исследований величины влагопотерь военнослужащих сухопутных войск, проходивших службу в различных климатогеографических зонах. Как видно из таблицы, в дни наиболее интенсивной нагрузки в жарких условиях влагопотери в ряде случаев превышали 10 л в сутки. В среднем людям в состоянии относительного покоя, в тени при температуре воздуха 30–32 °C требуется примерно 4–5 л воды в сутки. При выполнении работы средней тяжести на солнцепеке требуется уже 7–8 л, а в случае выполнения тяжелой работы нужно не менее 10–11 л воды. В более прохладные дни при средней температуре воздуха 25–26 °C требуется в зависимости от интенсивности физической нагрузки 3–5 л воды.

Таблица 4. Суточный обмен воды у человека

Несвоевременное или недостаточное возмещение потерь жидкости может привести к тяжелым последствиям – возникновению тепловых и дегидратационных поражений. Первые симптомы недостатка воды в виде жажды появляются при дефиците жидкости 0,5–1,0 % от массы тела. Потеря воды в пределах 4–5 % проявляется мучительной жаждой, сухостью слизистых, уменьшением потоотделения. Дефицит жидкости 6–8 % сопряжен с прекращением потоотделения, резким снижением работоспособности, нарушением кровообращения из-за сгущения крови. При недостатке воды в пределах 10 % и более наступает практически полная потеря работоспособности, появляются грозные симптомы нарушения мозгового кровообращения (бред, галлюцинации, психическое возбуждение). Потеря 15–20 % воды от массы тела вызывает необратимые явления в организме, которые обычно приводят к смерти.

Таблица 5. Влагопотери военнослужащих при плановой учебно-боевой подготовке (Нарыков В. И., 1990)

Поддержание нормального водного баланса и сохранение работоспособности организма в условиях высокой тепловой и физической нагрузки во многом определяется правильным питьевым режимом. К сожалению, существует широко распространенное мнение, что в этих случаях следует воздерживаться от питья. Утоление жажды в данных условиях якобы приводит к переполнению водой желудка, перегрузке сердечно-сосудистой системы и вымыванию солей из организма. Утверждается также, что чувство жажды не отражает действительной потребности организма в воде и попытки удовлетворить жажду приводят лишь к увеличению потоотделения. Однако еще в 40–50-х гг. XX в. на основании исследований отечественных и зарубежных ученых (П. Е. Калмыков, Ф. Т. Еронин, Е. Адольф) было установлено, что интенсивность потоотделения определяется только величиной тепловой нагрузки и практически не зависит от количества выпитой воды. При этом лица, потреблявшие воду по мере возникновения жажды при нагрузке на жаре, гораздо лучше сохраняют работоспособность по сравнению с теми, кто воздерживался от питья. Более того, было показано, что при свободном питьевом режиме даже при полном утолении жажды количество выпиваемой воды значительно (иногда наполовину) меньше ее потерь с потом. Невосполненный дефицит жидкости отрицательно сказывается на тепловой и физической толерантности, увеличивает вероятность тепловых поражений, особенно у молодых солдат. Данное явление получило название добровольной, или непроизвольной, дегидратации. Для борьбы с этим явлением рекомендуется режим питья по команде (в ряде зарубежных армий он даже введен в полевые уставы и инструкции). Таким образом, теория и практика ограничения питья воды при выполнении физической нагрузки в жаркую погоду признаны несостоятельными.

Нормы водопотребления в обычных условиях обусловлены необходимостью удовлетворения хозяйственно-бытовых и технических потребностей людей. Они, собственно, и определяют нормы в целом, а также необходимость их периодического пересмотра. Современный городской житель Западной Европы потребляет 115–125 л воды в сутки, в том числе: питье и приготовление пищи – 5, гигиена тела – 30–40, уход за жилищем – 10, смыв в туалете – 18, поливка зеленых насаждений – 32, общекоммунальные расходы – 20 л. Немаловажное значение имеет культура водопотребления, понимание ценности воды как жизненно необходимого и дефицитного природного продукта.

Планируемые нормы снабжения водой населенных пунктов определяются федеральным документом – «Строительные нормы и правила СНиП 2.04.02–84 (табл. 6) – и составляют 125–350 л на человека в сутки в зависимости от степени благоустройства; для районов с нецентрализованным водоснабжением, где жители пользуются водой из водоразборных колонок, эта норма составляет 30–50 л.

Таблица 6. Нормы хозяйственно-бытового водопотребления для населенных пунктов (СНиП 2.04.02–84 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения», с измен. 2000)

Мощность водопроводных сооружений, насосов, сечение водопроводных труб должны учитывать вероятность значительных колебаний расхода воды в населенных пунктах в течение суток и в разные дни недели. В противном случае население часто оказывалось бы перед фактом перерывов в ее подаче. Недостаточный напор воды при ее интенсивном заборе может, кроме того, привести к созданию отрицательного давления в трубах и подсосу грунтовой воды, что нередко служит причиной возникновения вспышек острых кишечных инфекций. Во избежание этого в расчеты водопотребления вводятся максимальные и минимальные коэффициенты суточной (Кс) и часовой (Кч) неравномерности, на которые умножаются величины норм суточного потребления воды. Величина суточного максимального коэффициента неравномерности составляет 1,1–1,3, суточного минимального – 0,7–0,9. Коэффициент часовой неравномерности водопотребления колеблется в пределах 1,15–1,6, а для общественных зданий – до 3,0 и более.

В дополнение к нормам, определяющим расход воды в жилых помещениях и общественных зданиях, на каждого рабочего, занятого на промышленном предприятии, должна быть предусмотрена подача следующих количеств хозяйственно-питьевой воды (за смену):

– при работе в горячих цехах (с тепловыделением 20 ккал/м³ в час) – 45 л;

– при работе в обычных цехах – 25 л;

– на предприятиях, не имеющих бытовой канализации, норма водоснабжения снижается до 15 л.

Нормы водоснабжения, принятые в Вооруженных силах РФ, в соответствии с различием в образе жизни военнослужащих, делятся на полевые и стационарные. Полевыми нормами руководствуются при организации водоснабжения войск в маневренных боевых условиях, а также в мирное время на учениях, при перевозках, в походах. Стационарные нормы определяют обеспечение водой в мирное и военное время при расположении войск в военных городках (гарнизонах), а также военнослужащих учебных заведений и учреждений Министерства обороны. Приказом министра обороны РФ № 7 от 4.01.1996 предусматриваются следующие усредненные нормы расхода воды на бытовые и хозяйственные нужды в стационарных условиях (на одного военнослужащего в сутки):

– при отсутствии водопровода, канализации (привозная вода) – 40 л;

– при оборудовании водопроводом, без канализации – 100 л;

– при оборудовании водопроводом, канализацией, без горячей воды – 140 л;

– при оборудовании горячим водоснабжением – 225 л.

Полевые нормы значительно отличаются от стационарных в сторону уменьшения, поскольку в этом случае добыча и доставка войскам доброкачественной воды нередко бывает затруднена.

При выполнении подразделениями, группами и отдельными военнослужащими учебно-боевых и иных задач в отрыве от своих воинских частей, а также в боевых условиях нормы потребления воды устанавливаются в зависимости от погоды. При умеренной погоде (до 25 °C) норма расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды составляет 20 л, на санитарно-бытовые нужды – 40 л на одного военнослужащего в сутки; при жаркой погоде (более 25 °C) эта норма увеличивается соответственно до 30 и 50 л. Таким образом, всего на одного военнослужащего планируется воды питьевого качества: при умеренной погоде – 60 л/сут, при жаркой погоде – до 80 л/сут (табл. 7).

Таблица 7. Суточные нормы обеспечения водой в полевых условиях (на одного военнослужащего), л/сут

Глава 2. Качество воды

2.1. Факторы, определяющие качество воды

Под качеством воды, с гигиенической точки зрения, понимается совокупность свойств, определяющих ее пригодность для удовлетворения хозяйственно-питьевых, бытовых и технических потребностей людей. Критерии оценки качества в своей основе опираются на свойства чистой природной воды. Исходя из этого, мы говорим, что доброкачественная вода должна быть бесцветной и прозрачной, не иметь посторонних запахов и привкусов, не содержать патогенных микроорганизмов и вредных для здоровья химических веществ.

На схеме 1 представлены основные факторы, влияющие на качество природной воды, и их связь между собой.

Гигиеническая оценка качества воды, как правило, начинается с рассмотрения ее органолептических свойств, к каковым относятся температура, мутность (прозрачность), цветность, вкус (привкус) и запах. Эти показатели наиболее доступны, легко определяются в любых условиях и поэтому издавна используются людьми для суждения о доброкачественности воды. Строго говоря, в этом перечне к собственно органолептическим относятся лишь запах и привкус воды; остальные (температура, мутность, цветность) характеризуют ее физические свойства, дисперсный и отчасти химический состав. Но поскольку все они оцениваются и нормируются по интенсивности восприятия органами чувств человека, в международной практике принято объединять их в одну группу органолептических показателей.

Температура воды открытых водоемов обычно соответствует температуре воздуха, несколько отставая от нее. Подземные воды имеют, как правило, температуру тех слоев земли, в которых они залегают. Будучи плохим проводником тепла, земля нивелирует суточные, а в более глубоких слоях и годовые колебания температуры, приводя ее к средним величинам. Отсюда следует, что данные о температуре воды, полученные за длительный промежуток времени (порядка одного года), могут служить ценными показателями степени защищенности подземного источника воды от проникновения в него поверхностных вод, а с ними – и загрязнений.

Схема 1. Факторы, определяющие качество природной воды

В современных условиях вследствие сброса в поверхностные водоемы большого количества сточных вод промышленных предприятий, особенно тепловых и атомных электростанций, наблюдается устойчивое повышение естественной (свойственной данному времени года) температуры воды поверхностных источников. Подобный процесс рассматривается как тепловое загрязнение водоемов. Летом в них замедляется жизнь аэробных организмов из-за уменьшения растворимости кислорода и, стало быть, затрудняются процессы самоочищения. Не случайно действующее водно-санитарное законодательство ограничивает повышение температуры воды поверхностных источников. Согласно правилам охраны поверхностных вод от загрязнения, летняя температуры воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более чем на 3 °C по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.

При оценке прямого теплового действия воды при ее потреблении следует иметь в виду, что наиболее приемлемой для питья считается вода с температурой 7–15 °C. Питье воды с температурой ниже 7 °C может вызвать значительное охлаждение слизистой глотки и пищевода и способствовать простудным заболеваниям. Вода с температурой 20 °C и выше теряет свое освежающее действие, воспринимается как невкусная, что особенно нежелательно при физической нагрузке в жаре. Такая вода даже при свободном и неограниченном питьевом режиме потребляется в меньшем количестве и способствует постепенному накоплению водного дефицита (непроизвольному обезвоживанию).

Мутность природных вод вызывается присутствием тонкодисперсных примесей, представленных нерастворимыми или коллоидными (неорганическими и органическими) веществами различного происхождения: песка, глины, железа, растительного или почвенного гумуса и др. Величина, обратная мутности, носит название прозрачностъ и характеризует способность воды пропускать видимый свет. Мутность определяют турбидиметрически (по ослаблению проходящего света) путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результаты выражают в мг/дм³ (при использовании суспензии каолина) или в ЕМ/дм³ (единиц мутности) – при использовании суспензии формазина. Чистая природная вода имеет мутность не более 1,5 мг/дм³, или 2,6 ЕМ/дм³.

Мерой прозрачности служит высота столба воды, через который можно различать на белой бумаге шрифт высотой 3,5 мм средней жирности или наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки). Прозрачность чистой воды составляет не менее 30 см. На практике для оценки качества питьевой воды величину прозрачности определяют в тех случаях, когда мутность превышает 3 мг/дм³; при меньшем ее значении для определения действительной прозрачности необходим слишком большой столб воды. Так, прозрачность воды озера Байкал (по диску Секки) при спокойной воде достигает 10 и более метров.

Мутность воды имеет большое значение при оценке ее качества. Известно, что мутная вода, помимо отрицательного, брезгливого к ней отношения, нередко имеет неприятный вкус и, что более важно, явно содержит посторонние вещества, свидетельствующие о неблагополучном санитарном состоянии водоисточника. Частицы мути, кроме того, сорбируют на своей поверхности различные микроорганизмы, в том числе и патогенные вирусы. Взвешенные вещества, содержащиеся в воде, затрудняют ее очистку, особенно обеззараживание, связывая (нейтрализуя) дезинфектанты и, таким образом, защищая бактерии и вирусы от действия обеззараживающих веществ. Не случайно, в соответствии с рекомендациями ВОЗ, одним из главных условий достижения необходимой степени обеззараживания воды является обеспечение минимально возможной ее мутности (не более 1 НЕФ).

В некоторых случаях прозрачная подземная вода, извлеченная на поверхность, через некоторое время мутнеет. Это происходит вследствие образования гидрата окиси железа или карбоната кальция из гидрокарбонатов:

В первом случае имеет место окисление растворенного в воде железа кислородом воздуха; во втором – отдача свободной углекислоты воздуху. Для здоровья такое помутнение не опасно.

Цветность – это показатель качества, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных химических соединений. Количественно цветность выражается в градусах платино-кобальтовой (хромово-кобальтовой) шкалы. Доброкачественная питьевая вода должна быть бесцветной, т. е. иметь не более 20° цветности.

Цветность природных вод обусловлена, главным образом, присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, которые окрашивают воду обычно в желтовато-бурый, а при большом их количестве даже в коричневый цвет. Зеленовато-голубую окраску придают воде соли закиси железа и свободная сера, образующаяся в результате окисления сероводорода (в Тбилиси – в банях, в Пятигорске – в санаториях); темный цвет – марганцовые соединения; красный оттенок – сульфобактерии. Сточные воды промышленных предприятий могут окрасить воду в любой цвет в зависимости от химической природы красителя.

Окраска воды, связанная с наличием гумусовых веществ и гидрата окиси железа, вреда для организма не представляет, тем не менее она нежелательна, так как, кроме неприятного эстетического чувства, нередко сопровождается ухудшением ее органолептических свойств. Высокая цветность воды в водоемах снижает содержание растворенного кислорода, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых соединений. Кроме того, гуминовые вещества являются предшественниками образования вредных побочных продуктов хлорирования воды (тригалометанов и других галогенорганических соединений), что рассматривается уже как существенный риск для здоровья.

Совершенно иное значение для оценки качества воды имеет окраска, обусловленная веществами, попавшими со сточными жидкостями. В этом случае она уже одна может дать основание к запрещению использования данной воды для удовлетворения физиолого-гигиенических и нередко хозяйственно-бытовых нужд.

Вкус, привкус и запах. Питьевая вода должна обладать приятным освежающим вкусом и не иметь запаха. Растворенные соли, органические вещества, газы, поступающие в воду с промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками, а также вносимые в процессе ее обработки, могут придавать ей тот или иной привкус и запах. Так, например, ионы магния и бария придают воде горький вкус, ионы водорода – кислый, ионы большинства солей – соленый, гумусовые вещества – болотистые привкус и запах. Промышленные и хозяйственно-бытовые стоки нередко придают воде запах хлора, сероводорода, фенолов и хлорфенолов, нефтепродуктов и др.

Некоторые органические вещества могут проявлять или заметно усиливать свой запах после хлорирования воды. Так, запах карболовой кислоты (фенола) исчезает при концентрации 18 мг/л, но после хлорирования воды образующиеся хлорфенольные соединения обнаруживаются в концентрации 0,005 мг/л, т. е. интенсивность запаха возрастает в 3600 раз. Аналогичное «провоцирование» запаха возникает при хлорировании воды, содержащей бензин, эфирные соединения. Данное обстоятельство нередко используется для обнаружения связи подземных вод с различными источниками загрязнений.

Вкус, привкус и запах воды определяются методом экспертных оценок по пятибалльной шкале (табл. 8). Определение вкуса проводится при температуре воды 20 °C, запаха – при 20° и 60 °C. При выдаче потребителю вкус, привкус и запах ее не должны быть выше двух баллов.

Таблица 8. Оценка вкуса, привкуса и запаха воды (по ГОСТ 3351–74)

Значение органолептических свойств воды трудно переоценить. Человек издавна научился определять доброкачественность воды по наиболее доступным и легко определяемым показателям – вкусу, запаху, мутности и цветности. Любое отклонение этих свойств от привычных и хорошо знакомых ощущений, свойственных чистой воде, вызывает защитную реакцию в виде отказа от использования сомнительной воды. И это имеет под собой прямую физико-химическую основу, ибо чистая природная вода не имеет посторонних запахов и привкусов, прозрачна и бесцветна. На этом основан один из принципов нормирования содержания химических веществ в воде – органолептический показатель вредности. Суть его заключается в том, что вещества, даже не относящиеся к группе токсичных (вредных), не должны значительно изменять вкус, запах, мутность и цветность воды.