Химических веществ, встречающихся в природной воде по их значению для организма человека

Вода – важнейший фактор формирования внутренней среды организма. Вода участвует в процессах ассимиляции и диссимиляции, в процессах резорбции и диффузии, сорбции и десорбции, регулирует характер осмотических отношений в тканях, в клетках. Вода регулирует кислотно-щелочное равновесие, поддерживает рН. Буферные системы активны только в тех условиях, где есть вода.

Вода – это общий показатель активности физиологических систем, фон и среда, в которой протекают все жизненно важные процессы. Неслучайно в организме человека содержание воды приближается к 60 % от всего веса тела. Установлено, что процессы старения связаны с потерей воды клетками.

Велика роль воды и в процессах теплорегуляции организма. Вода – это универсальный растворитель. Она растворяет все физиологически активные вещества.

Источниками воды для системы хозяйственного питьевого водоснабже-ния могут быть поверхностные водные объекты (реки, озёра, водохранилища) и запасы подземных вод (грунтовые, межпластовые напорные и безнапорные грунтовые воды), характеризующиеся непостоянным режимом, который целиком зависит от гидрометеорологических факторов — частоты выпадания и обилия осадков. Вследствие этого имеются значительные колебания по сезонам уровня стояния, дебита, химического и бактериального состава грунтовых вод. Химический состав подземных вод формируется под воздействием химического (выщелачивание, сорбция, ионный обмен, образование осадка) и физико-химического (перенос фильтрующих пород, смещение, поглощение и выделение газов) процессов. В подземных водах найдено около 70 химических элементов. Наибольшее значение для хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют фтор, железо, соли жёсткости — сульфаты, карбонаты и бикарбонаты магния и кальция. Характерной особенностью межпластовых вод является отсутствие в них растворённого в воде кислорода.

Постоянство солевого состава воды — важнейший признак санитарной надёжности водоносного горизонта.

Общими свойствами поверхностных водоисточников являются:

1)низкая минерализация;

2)большое количество взвешенных частиц;

3)высокий уровень микробного загрязнения;

4)колебания расхода воды в зависимости от времени года и метеорологических условий;

5)чрезмерное развитие микроскопических водорослей (т. ч. цветение, ухудшающее органолептические свойства воды и придающее ей аллергиче-ское действие);

6)интенсивное техногенное загрязнение в результате сброса промыш-ленных и сельскохозяйственных сточных вод.

Таким образом, вода открытых водоисточников в 100 % случаев нуждается в улучшении качества. Вода подземных источников, особенно грунтовая, часто также не соответствует предъявляемым требованиям.

Для обеспечения населения водой применяется два вида водоснабжения — местное (децентрализованное) и централизованное. Их основное отличие — способ водоразбора. При местном водоснабжении вода разбирается непосредственно из водоисточника (колодца). При централизованном водоснабжении (водопровод) воду забирают из водоисточников механическим путём и по сети труб доставляют под давлением к месту по-требления.

Централизованное водоснабжение, качество воды в котором регламентируется ГОСТом, преобладает в городах и городских посёлках. В сельской местности наиболее распространено децентрализованное водоснабжение с использованием неглубоких индивидуальных колодцев. Качество воды в них регламентируется санитарными нормами.

Химический состав воды

Факторы, определяющие химический состав воды,– химические вещества, которые условно можно разделить на:

1) биоэлементы (йод, фтор, цинк, медь, кобальт);

2) химические элементы, вредные для здоровья (свинец, ртуть, селен, мышьяк, нитраты, уран, СПАВ, ядохимикаты, радиоактивные вещества, канцерогенные вещества);

3) индифферентные или даже полезные химические вещества (кальций, магний, марганец, железо, карбонаты, бикарбонаты, хлориды).

Индифферентные химические вещества в воде

Железо двух– или трехвалентное содержится во всех естественных водоисточниках. Железо – необходимая составная часть животных организмов. Оно используется для построения жизненно важных дыхательных и окислительных ферментов (гемоглобина, каталазы). Взрослый человек получает в сутки десятки милиграммов железа, поэтому количество поступающего с водой железа не имеет существенного физиологического значения. Однако присутствие железа в виде больших концентраций нежелательно по эстетическим и бытовым соображениям. Железо придает воде мутность, желто-бурую окраску, горьковато-металлический привкус, оставляет пятна ржавчины. Большое количество железа в воде способствует развитию железобактерий, при отмирании которых внутри труб накапливается плотный осадок. В подземных водах чаще находят двухвалентное железо. Если воду качают, то, соединяясь на поверхности с кислородом воздуха, железо переходит в трехвалентное, и вода приобретает бурый цвет. Таким образом, содержание железа в питьевой воде лимитируется влиянием на мутность и цветность. Допустимой концентрацией по стандарту является не более 0,3 мг/л, для подземных источников не более 1,0 мг/л.

Марганец в подземных водах содержится в виде бикарбонатов, хорошо растворимых в воде. В присутствии кислорода воздуха превращается в гидроокись марганца и выпадает в осадок, чем усиливает показатель цветности и мутности воды. В практике централизованного водоснабжения необходимость ограничения содержания марганца в питьевой воде связывается с ухудшением органолептических свойств. Нормируется не более 0,1 мг/л.

Алюминий содержится в питьевой воде, подвергшейся обработке – осветлению в процессе коагуляции сернокислым алюминием. Избыточные концентрации алюминия придают воде неприятный, вяжущий привкус. Остаточное содержание алюминия в питьевой воде (не более 0,2 мг на л) не вызывает ухудшения органолептических свойств воды (по мутности и привкусу).

Кальций и его соли обуславливают жесткость воды. Жесткость питьевой воды является существенным критерием, по которому население оценивает качество воды. В жесткой воде овощи и мясо плохо развариваются, так как соли кальция и белки пищевых продуктов образуют нерастворимые соединения, которые плохо усваиваются. Затруднена стирка белья, в нагревательных приборах образуется накипь (нерастворимый осадок). Экспериментальные исследования показали, что при питьевой воде с жесткостью 20 мг. экв/л частота и вес образования камней были значительно больше, чем при употреблении воды с жесткостью 10 мг. экв/л. Влияние воды с жесткостью 7 мг. экв на л на развитие уролитиаза не было обнаружено. Все это позволяет считать обоснованным принятый норматив жесткости в питьевой воде – 7 мг экв на л.

Биоэлементы

Медь в малых концентрациях встречается в природных подземных водах и является истинным биомикроэлементом. Потребность в ней (в основном для кроветворения) взрослого человека невелика – 2—3 г в сутки. Она покрывается в основном суточным пищевым рационом. В больших концентрациях (3—5 мг/л) медь оказывает влияние на вкус (вяжущий). Норматив по этому признаку не более 1 мг/л. в воде.

Цинк в качестве микроэлемента встречается в природных поземных водах. В больших концентрациях он встречается в водоемах, загрязненных промышленными сточными водами. Хронические отравления цинком неизвестны. Соли цинка в больших концентрациях действуют раздражительно на ЖКТ, но значение соединений цинка в воде определяется их влиянием на органолептические свойства. При 30 мг/л вода приобретает молочный цвет, а неприятный металлический вкус исчезает при 3 мг/л, поэтому нормируют содержание цинка в воде не более 3 мг/л.

№16 Гигиенические требования к качеству воды хозяйственно-питьевого назначения. Критерии оценки. Методы улучшения качества

воды.

Требования к качеству воды можно разделить на три группы:

1)безопасность в эпидемическом отношении;

2)безвредность по химическому составу;

3)благоприятные органолептические свойства.

При оценке органолептических свойств воды определяют прозрачность, цветность, вкус, запах — показатели, которые в первую очередь могут настораживать потребителя.

Оценивая химический состав воды, надо помнить, что некоторые показатели являются природными (жёсткость, фтор, железо, йод), некоторые появляются или в результате загрязнений (сточные воды), или от избыточного применения средств улучшения качества воды (коагулянты, флокулянты).

Особое место занимает группа показателей, являющихся косвенным признаком фекального загрязнения воды, — определённых нестойких органических веществ в воде и продуктов их распада — солей аммония, нитритов и нитратов.

Следует учесть, что относительно невысокие концентрации, в которых эти соединения находятся в воде, сами по себе особого вреда для человека не представляют, но указывают на загрязнение воды органическими веществами животного (иногда растительного) происхождения. В эту группу можно отнести определение солей сернокислых и фосфорнокислых, а также хлоридов, которые служат характерным признаком загрязнения воды мочой и фекалиями.

То есть, оценка качества воды по химическому составу важна с одной стороны, как возможный источник различных заболеваний, вызванных высо-ким содержанием тех или иных химических элементов (йод, фтор, алюминий, хлорорганические углеводороды, хлориды, сульфаты, бор, бром, азот- и хлорсодержащие соединения), с другой стороны, как показатели загрязнения воды экскрементами человека и животных. Инфекционные заболевания, вызываемые поступившими при этом в воду патогенными бактериями, вирусами и простейшими или паразитарными агентами, представляет собой наиболее типичный и распространённый фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой. Инфекционная заболеваемость, связанная с водоснабжением, достигает 500 млн случаев в год. Учитывая этот фактор, можно сделать вывод о том, что вода, предназначенная для питья, приготовления пищи или для личной гигиены не должна содержать организмы, патогенные для людей.

Получение воды, не содержащей патогенных агентов, обеспечивается:

1)выбором незагрязнённых водоисточников;

2)эффективной очисткой и обеззараживанием воды (в случае её загряз-нения фекалиями людей и животных);

3)гарантией того, что подготовленная вода не будет загрязнена в распределительной сети при подаче потребителю.

В качестве бактерии-индикатора фекального загрязнения взята эшерихия коли, которая в большей мере удовлетворяет следующим требованиям:

1)присутствует в больших количествах в фекалиях людей и теплокров-ных животных;

2)быстро обнаруживается с помощью простых методов;

3)не развивается в природной воде;

4)её персистентность в воде и степень удаления при очистке воды аналогичны таким же показателям для патогенов водного происхождения.

Однако, так как энтеровирусы и покоящиеся стадии криптоспоридиум, джардио, амёб и других паразитарных организмов обладают большей устойчивостью по сравнению с бактериями, то отсутствие кишечной палочки не обязательно указывает на отсутствие перечисленных возбудителей.

Таким образом, проблема качества питьевой воды имеет особую актуальность и значимость для жизнеобеспечения и охраны здоровья населения. Загрязнённая вода — причина массовых заболеваний, повышенной смертности, особенно детской, вызывающая рост социальной напряжённости. Результатом изысканий с целью гарантированного обеспечения безопасности и безвредности питьевой воды стал, в частности, выпуск нового издания «Руководство ВОЗ по контролю качества питьевой воды» с существенно расширенным и скорректированным перечнем нормируемых показателей и подготовка Директивы Европейского сообщества по вопросам качества воды, предназначенной для питьевых нужд, с регламентацией широкого круга нормативов, организованных форм и методов контроля. Для достижения установленных норм вода нуждается в очистке.

№17 Заболевания, обусловленные ухудшением качества воды. Методы очистки и обеззараживания питьевой воды.

Из заболеваний, связанных с неблагоприятным химическим составом воды, прежде всего выделяют эндемический зоб. Данное заболевание широко распространено и на территории Российской Федерации. Причинами заболевания являются абсолютная недостаточность йода во внешней среде и социально-гигиенические условия жизни населения. Суточная потребность в йоде составляет 120—125 мкг. В местностях, для которых не характерно данное заболевание, поступление йода в организм происходит из растительной пищи (70 мкг йода), из животной пищи (40 мкг), из воздуха (5 мкг) и из воды (5 мкг). Йоду в питьевой воде принадлежит роль индикатора общего уровня содержания этого элемента во внешней среде. Зоб распространен в сельских районах, где население питается исключительно пищевыми продуктами местного происхождения, и в почве йода мало. Жители Москвы и Питера используют воду тоже с низким содержанием йода (2 мкг), но эпидемий здесь нет, так как население питается привозными продуктами из других областей, что обеспечивает благоприятный баланс йода.

Основными профилактическими мероприятиями в отношении эндемического зоба являются сбалансированное питание, йодирование соли, добавление меди, марганца, кобальта, йода в рацион. Должна также преобладать углеводистая пища и растительные белки, так как они нормализуют функцию щитовидной железы.

Эндемический флюороз – заболевание, появляющееся у коренного населения определенных районов России, Украины и других, ранним симптомом которого является поражение зубов в виде пятнистости эмали. Общепринято, что пятнистость не является следствием местного действия фтора. Фтор, попадая в кровь, оказывает общетаксическое действие, в первую очередь вызывает деструкцию дентина.

Очистка включает в себя следующие процессы:

-хранение;

-осаждение или удаление механических примесей, предварительная фильтрация;

-последующая фильтрация;

-обеззараживание.

Хранение — во время накопления воды в озёрах или водохранилищах микробиологическое качество воды существенно улучшается в результате отстаивания, бактерицидного действия УФ-излучения в поверхностных слоях, истощения питательных веществ для бактерий и деятельности конкурентных антагонистических организмов. При этом снижение содержа-ния бактерий-индикаторов фекального загрязнения, сальмонелл и энтерови-русов составляет около 90 %, являясь наибольшим в летнее время с периодом сохранения в воде около 3–4 недель.

Если вода не проходила названные нормы хранения, производится предварительное обеззараживание. Это уничтожает живые биологические формы и снижает количество фекальных бактерий и патогенных штаммов бактерий, способствуя, кроме того, удалению водорослей во время коагуляции и фильтрации. Недостаток обеззараживания заключается в том, что когда хлор используется в большом количестве, могут образовываться хлорсодержащие органические соединения и биологически разлагаемый органический углерод.

Осаждение или удаление механических примесей.

Фильтрование через мелкопористые фильтры со средним диаметром отверстий 30 мкм является эффективным способом удаления большого количества микроводорослей и зоопланктона, которые могут забивать фильтры или даже проникать через них. Этот процесс оказывает малое влияние на уменьшение количества фекальных бактерий и кишечных патогенов, прежде всего, из-за меньших размеров бактерий по сравнению со стандартной величиной пор фильтров.

Коагуляция, флоккуляция и осаждение.

Коагуляция — процесс укрупнения, агрегации коллоидных и диспергированных примесей воды, происходящий вследствие их взаимного слипания под действием сил молекулярного происхождения. Коагуляция завершается образованием видимых невооружённым глазом агрегатов — хлопьев — крупных коацерватов. Образующиеся хлопья подвергаются осаждению, поглощая и захватывая природные окрашенные вещества, минеральные частицы и вызывая значительное снижение мутности и содержания простейших бактерий и вирусов. Для ускорения процесса коагуляции применяют, так называемые флоккулянты — высоко-молекулярные синтетические соединения анионового и катионового типа.

Цель осаждения — сделать возможным оседание образующихся коацерватов и тем самым снизить концентрацию взвешенных твёрдых веществ, которые должны удаляться фильтрами. Быстрая и медленная фильтрация при правильной загрузке обеспечивает наибольшее улучшение качества воды при любом обычном способе очистки воды. Бактерии удаляются на 98–99 % и более. Содержание Е.coli снижается в 1000 раз, а удаление вирусов ещё больше. Медленная фильтрация через песок также очень эффективна при удалении паразитов (гельминтов и простейших).

Необходимо отметить, что при фильтрации происходит сорбция бактерий и вирусов на поверхности взвешенных частиц и хлопьев и совместное осаждение в отстойнике или порах фильтрующей загрузки. Часть бактерий и вирусов, оставаясь в воде свободными, проникает через очистные сооружения и содержится в фильтрованной воде.

Для создания надёжного и управляемого последнего барьера на пути возможной передачи через воду бактериальных и вирусных болезней применяется её обеззараживание. Для этого широко используются реагентные (хлорирование и озонирование) и безреагентные (УФ-излучения, воздействие гамма-лучами и другие методы).

Во многих странах для обеззараживания широко используется хлорирование. Обеззараживающий эффект оказывает гипохлоридный ион OCl – и недиссоциированная хлорноватистая кислота.

Процесс обеззараживания воды проходит в 2 стадии:

▪ обеззараживающий агент диффундирует внутрь бактериальной клетки;

▪ вступает в реакцию с энзимами клетки.

Скорость процесса зависит от кинетики диффузии обеззараживающего агента внутрь клетки и кинетики отмирания клетки в результате их метаболизма.

Поэтому скорость обеззараживания возрастает:

- с увеличением концентрации обеззараживающего вещества в воде;

- с повышением её температуры;

- с переходом обеззараживающего агента в недиссоциируемую форму, поскольку диффузия молекул через мембрану клетки происходит быстрее, чем гидратированных ионов, образующихся при диссоциации.

Эффективность обеззараживания снижается при наличии в воде органи-ческих веществ, способных к реакциям окисления-восстановления и других возможных восстановителей, а также коллоидных и взвешенных веществ, об-волакивающих бактерии и мешающих контакту с ними обеззараживающего агента.

Интегральным показателем свойств воды, мешающих обеззараживанию, является хлорпоглощаемость, измеряемая количеством хлора, необходимого для окисления имеющихся в воде восстановителей. Она прямо пропорциональна дозе хлора и времени контакта.

На эффективность хлорирования оказывает влияние ряд факторов:

• биологические особенности микроорганизмов;

• бактерицидные свойства препаратов хлора;

• состояние водной среды;

• условия, в которых происходит обеззараживание.

Оптимальная доза активного хлора составляется из его количества, необходимого для удовлетворения хлорпоглощаемости воды, оказания бактерицидного действия и некоторого количества, так называемого, остаточного хлора, присутствующего в обеззараженной воде и свидетельствующего о завершении процесса обеззараживания.

Остаточный хлор, наряду с коли-индексом, служит косвенным показателем безопасности воды в эпидемиологическом отношении. Количество остаточного хлора нормируется СанПиН на разном уровне в зависимости от его состояния: для связанного (хлораминного) хлора — 0,8–1,2 мг/л. Для свободного (хлорноватистая или хлорная кислота — гипохлоридный ион) — 0,3–

0,5 мг/л. В указанном диапазоне концентраций остаточный хлор не изменяет органолептические свойства и в то же время может быть точно определён аналитическими методами. Содержание остаточного хлора нормируется в воде на выходе с водопроводной станции, после резервуаров чистой воды. Хлорированию, как методу обеззараживания воды, присущи некоторые недостатки:

• необходимость соблюдения многочисленных требований по технике безопасности;

• продолжительное время контакта для достижения обеззара-живающего эффекта;

• образование в воде хлорорганических соединений, небезразличных для организма.

Однако уровень содержания побочных продуктов обеззараживания может быть снижен за счёт оптимизации технологии очистки. Удаление органических веществ перед обеззараживанием снижает вероятность образования потенциально опасных побочных продуктов, таких, как: хлорат, хлорит, хлорфенолы, тригалометаны (бромоформ, дибромхлорметан, хлороформ).

Одним из перспективных методов обеззараживания является озонирование. Преимущество озона перед хлором при обеззараживании воды состоит в том, что озон не образует в воде соединений, подобных хлорорганическим, улучшает органолептические свойства воды и обеспечивает бактерицидный эффект при меньшем времени контакта (до 10 мин). Озон более эффективен по отношению к патогенным простейшим, присутствующим в воде (лямблии, дизентерийная амёба). Однако широкое внедрение озонирования в практику обработки воды сдерживается высокой энергоёмкостью процесса получения озона.

№18 Характеристика почвы по химическим и физическим свойствам. Самоочищение почвы.

Почвенный покров – важнейшее природное образование. Его роль в жизни

общества определяется тем, что почва представляет собой источник

продовольствия, обеспечивающий 95-97 % продовольственных ресурсов для населения

планеты.

В наибольшей степени загрязнению почвы подвергается в связи с применением в больших дозах удобрений,

пестицидов на сельскохозяйственных угодьях, внесением вредных веществ с

ирригационными водами, накоплением отходов промышленности, полеводства и

животноводства, антисанитарным состоянием многих населенных пунктов,

выпадением атмосферных загрязнителей, например тяжелых металлов. На

поверхность почв могут выпадать кислые дожди и радиоактивная пыль,

наблюдается загрязнение патогенными организмами. Опасно загрязнение

выхлопными газами автомобилей, содержащими свинец, углеводороды, оксиды

азота и др.

Среди загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы (ртуть,

свинец, кадмий, ванадий, хром, цинк, медь, никель, селен и др.), а также

мышьяк — отходы различных производств, в особенности металлургической и

машиностроительной промышленности. Тяжелые металлы попадают в почву при

сжигании топлива, с выхлопными газами автомобилей. Радионуклиды загрязняют

почву в результате аварий на атомных электростанциях, ненадежного

захоронения радиоактивных отходов. Почву могут загрязнять минеральные

удобрения, особенно азотные, если их вносят в избыточных дозах.

Основная часть источников загрязнения имеет локальное действие, меньшая

— региональное (опасность загрязнения составляет несколько сотен

километров) и глобальное (в тех случаях, когда загрязняющие вещества

попадают в почву из воздуха или когда минеральные удобрения используют на

больших площадях). Промышленное загрязнение происходит в основном через

атмосферу, на поверхность почвы оседают аэрозоли, пары, пыль, сажа,

растворимые вещества, принесенные с дождем, снегом. Загрязнители поступают

из дымовых труб, вентиляционных каналов, путем развеивания терриконов,

отвалов, со сточными водами.

Все почвенные загрязнители включаются в пищевые цепи и с продуктами

питания или водой попадают в желудочно-кишечный тракт человека.

№19 Гигиенические требования к микроклимату жилых помещений и общественных зданий. Влияние микроклиматических условий на