Влияние минерального состава питьевой воды на состояние здоровья человека

Минеральный состав воды интересен тем, что отражает результат взаимодействия воды, как физической фазы и среды жизни, с другими фазами (средами): твердой – береговыми и подстилающими, а также почвообразующими минералами и породами; газообразной – воздушной средой и минеральными компонентами. Кроме того, минеральный состав воды обусловлен целым рядом протекающим в разных средах физико-химических и физических процессов: растворения и кристаллизации; испарения и конденсации; седиментации и всплывания. Большое влияние на минеральный состав воды поверхностных водоёмов оказывают, протекающие в атмосфере и в других средах, химические реакции с участием соединений азота, углерода, кислорода, серы и др. ( Горелова, 2002).
1.1 Влияние жесткости питьевой воды на здоровье населения

Имеются данные об обратной корреляции между показателями смертности от сердечно-сосудистых заболеваний и жесткостью воды. Также с высокой жесткостью напрямую связывают образование камней в почках, отмечено, что связь имеет местный экзогенный характер (Nardi etc., 2003; Sauvant, Pepin, 2004; Всемирная Организация Здравоохранения, 1986; Канатникова ,2009; Коковкин и др., 2008; Мазаев,1999). При проведении исследования о влиянии жесткости питьевой воды на здоровье населения г. Омска были установлены отрицательные корреляционные связи между жесткостью питьевой воды и наличием заболеваний органов дыхания, пищеварения и костно-мышечной системы, положительные корреляционные связи между жесткостью и заболеваениями нервной, мочеполовой систем .

27. Вода является одним из самых важных элементов окружающей среды, она необходима для жизни человека, животных и растений (рис. 6.1). Вода нужна организму больше, чем все остальное, за исключением кислорода. Без пищи человек может прожить более месяца, а без воды - лишь несколько дней. Обезвоживание ведет к необратимым последствиям и гибели организма.

Рис. 6.1.Вода как фактор здоровья

Все водные запасы на Земле объединяются понятием «гидросфера». Под гидросферой подразумевается комплекс водных объектов, включающий океаны, моря, реки, озера, водохранилища, болота, подземные воды, ледники, снежный покров и капельно-жидкую воду в атмосфере. Гидросфера имеет огромное значение для жизни и здоровья человечества. Вода регулирует климат планеты, обеспечивает хозяйственную и промышленную деятельность людей, являясь

ее условием и объектом, входит в состав всех живых организмов, населяющих Землю, в том числе и в состав тела человека, выполняя в нем роль структурного компонента, растворителя и переносчика питательных веществ, вода участвует в биохимических процессах, регулирует теплообмен с окружающей средой.

Основными проблемами, связанными с гидросферой планеты, являются условия обеспеченности населения водой, ее качество и возможности его повышения. До недавнего времени эти проблемы не стояли столь остро в связи с относительной чистотой природных водоисточников и их достаточным количеством, но в последние десятилетия ситуация резко изменилась. Огромная концентрация городского населения, резкое увеличение промышленных, транспортных, сельскохозяйственных, энергетических и других антропогенных выбросов привели к нарушению качества воды, появлению в водоисточниках несвойственных природной среде химических, радиоактивных и биологических агентов. Все это делает эффективное водоснабжение населения ведущей проблемой современной жизни человечества.

28. Выбор источников питьевого водоснабжения, их гигиеническая оценка

Источниками питьевого водоснабжения могут быть подземные или поверхностные воды. В исключительных случаях для питьевых целей используются атмосферные осадки.

В качестве основного критерия при выборе источника служит его санитарная надежность, под которой понимается защищенность от микробных загрязнений. Кроме того, необходимо в каждом конкрет- ном случае учитывать дебит источника, т.е. количество воды, которое можно ежедневно получать из источника без ущерба для него.

Наиболее надежными считаются подземные межпластовые напорные (артезианские) воды. Они характеризуются наивысшей санитарной надежностью, стабильны по количеству и составу, в них отсутствует микробное загрязнение, что позволяет использовать их для питьевых целей без предварительной обработки. Повышенное давление воды в 3-4-м водоносных горизонтах позволяет поднимать артезианскую воду на поверхность без больших материальных затрат. При невозможности использования артезианской воды доста- точно надежными являются межпластовые безнапорные воды 2-го водоносного горизонта. Грунтовые воды 1-го водоносного горизонта менее надежны в эпидемиологическом отношении, так как не защищены с поверхности и поэтому легко могут подвергаться микробному загрязнению. Если грунтовые воды не загрязнены и степень их минерализации не превышает допустимых уровней, они используются в качестве источника местного водоснабжения в сельской местности. Из-за недостаточности запасов подземных вод для водоснабжения крупных городов используются поверхностные водоисточники. Все открытые водоемы подвержены загрязнению за счет атмосферных осадков, спуска хозяйственных, фекальных и промышленных сточных вод. Широкое использование поверхностных источников

в хозяйственно-питьевом водоснабжении объясняется огромными запасами воды в них, доступностью добычи воды, способностью воды к самоочищению. Для исключения эпидемиологической опасности вода этих источников нуждается в тщательной предварительной обработке.

В санитарной практике степень органического загрязнения воды принято оценивать по уровню увеличения по сравнению с результатами предыдущих исследований для одного и того же сезона количества таких санитарно-химических показателей, как соли аммония, нитриты и нитраты (так называемая белковая триада), образующихся в воде в процессе минерализации азотсодержащих органических веществ, окисляемость, растворенный кислород и хлориды.

Аммиак является начальным продуктом разложения органических азотсодержащих веществ (в том числе белков). Наличие в воде аммиака чаще всего свидетельствует об эпидемической опасности воды, обусловленной свежим фекальным органическим загрязнением. Нитриты представляют собой продукты окисления аммиака под влиянием микроорганизмов B. nitrosomonas в процессе нитрификации. Обнаружение нитритов также указывает на относительно свежее загрязнение воды органическими веществами.Нитраты - конечный продукт процесса окисления органических азотсодержащих веществ с участием B. nitrobacter.

Присутствие в воде нитратов без аммиака и солей азотистой кислоты указывает на завершение процесса минерализации белков. Одновременное обнаружение всех трех компонентов белковой триады в концентрациях, превышающих ПДК, говорит о постоянном органическом загрязнении воды. Однако следует отметить, что повышенное содержание нитритов и нитратов может возникнуть в воде болотистых мест и в подземных водах из-за отсутствия в них водорослей, в результате чего не происходит активного потребления ими нитратов, как в поверхностных водоемах. В питьевой воде из местных источников допускается содержание солей аммиака до 0,1 мг/л, нитритов - до 0,002 мг/л, нитратов (по азоту) - не более 10 мг/л.

Количество растворенного кислорода в воде источников постепенно уменьшается при большом органическом загрязнении воды. В чистых открытых водоемах содержание растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/л. Окисляемость воды - это количество мг кислорода, израсходованное на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Она косвенно указывает на све-

жее органическое, в том числе фекальное, загрязнение воды. Обычно окисляемость для воды из артезианских источников не превышает 2 мг/л, грунтовых вод - 4 мг/л, воды из открытых водоемов - 4-7 мг/л. Однако окисляемость может быть высокой и за счет присутствия в воде остатков растительного происхождения (например, гуминовых соединений). Биохимическая потребность воды в кислороде (БПК) - это величина снижения количества растворенного в воде кислорода за определенный период времени (обычно за 5 суток - БПК5 или за 20 суток - БПК20) при выдерживании пробы воды в лабораторных условиях в герметично закрытой посуде. Вода пригодна для исполь- зования в качестве питьевой, если количество поглощаемого водой кислорода за 5 дней (БПК5) составляет 1-2 мг/л.

Хлориды в воде рассматриваются как показатели бытового загрязнения. Содержание хлоридов в поверхностных незагрязненных водоисточниках обычно не превышает 30-50 мг/л. Увеличение хлоридов (особенно совместно с солями аммония) по сравнению с обычным для водоисточника их содержанием говорит об опасном загрязнении воды продуктами жизнедеятельности человека (фекалиями, мочой). Повышение содержания хлористых соединений может встречаться в воде подземных источников и открытых водоемов в районах с солончаковыми почвами, в этом случае они не указывают на загрязнение воды.

Все перечисленные санитарно-химические показатели необходимо оценивать в комплексе и в сочетании с показателями эпидемической безопасности воды. Наличие загрязнения воды органическими веществами животного происхождения требует проведения санитарного обследования источника водоснабжения с целью выявления и немедленного устранения источника загрязнения.

30. ПОКАЗАТЕЛИ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ. ( Показатели наличия в воде органических веществ). Дело в том, что сейчас у нас сложилась очень неблагоприятная ситуация с водой: по данным доклада о санитарно-эпидемологической обстановки в России за 1993 год в РФ оставалось неудовлетворительным положение с обеспечением населения доброкачественно питьевой водой. 20.4% проб воды из источников централизованного водоснабжения не отвечали гигиенически требованиях, то есть вода из них не отвечала требования ГОСТа “Вода питьевая” по санитарно-химическим показателям.,,,,,,,,, свыше 11.2% всех водопроводов не отвечали по бактериологическим показателям, свыше 4% проб показали реальную эпидемическую опасность, так как уровень бактериального загрязнения превышал в 20 и более, раз нормируемые показатели. Около 1/3 населения России продолжает использовать в питьевых целях воду из колодцев, родников, открытых водоемов. Более 30% проб в источниках местного водоснабжения не отвечали санитарно гигиенически требованиях. Далее в этом докладе приводились области, в которых наиболее тяжелая ситуация с водой. Наиболее тяжелое положение с водой сложилось в Архангельской, Калужской, Кемеровской, Калининградской, Томской, Ярославской областях, Приморском крае, Карелии, Коми и т.д. где существует прямая зависимость между состоянием воды в водопроводах и заболеваемостью населения. В 1993 году в водоемы сброшено около 21 млн. кубометров сточных вод. Понятно, что при существующей системе очистки воду очистить должным образом нельзя. Наибольшее загрязнение отмечено в Краснодарском крае (3.102 млн. кубометров), в Санкт-Петербурге (1.5068 млн. кубометров). Качественная характеристика: в водоемы сброшено 5.4 млн. тонн хлоридов, 96.6 тонн азота, 59.8 тыс. тонн фосфора, 3.9 тыс. тонн нефтепродуктов. Необходимый уровень очистки не обеспечивается зачастую из-за несовершенства технологий. В связи с этим вырастает эпидемическая опасность воды: в 1991 году было 9 вспышек водных эпидемий, в 1992 году - 16, в 1993 - 21.
Показатели загрязненности воды:
1. наличие в воде органических веществ. Количество растворенного кислорода зависит от температуры воды. Чем ниже температура о, тем больше растворенного кислорода в воде. Кроме того, содержание кислорода зависит от наличия в воде зоо- и фитопланктона. Если в воде много водорослей или много животных, то содержание кислорода меньше, так как часть кислорода расходуется на жизнедеятельность зоо - и фитопланктона. Содержание кислорода также зависит от поверхности водоема: в открытых водоемах кислорода больше. Содержание кислорода при всех прочих условиях будет зависеть от барометрического давления и от загрязнения. Чем больше загрязнение, тем меньше кислорода содержится в воде потому кислород буде расходоваться на окисление загрязнения (органических веществ). Для того чтобы судить о том достаточно или недостаточно кислорода в водоеме, существуют таблицы Виндлера, где приводятся данные о пределе растворимости кислорода при данной температуре. Если мы определяем количество растворенного кислорода нашей пробе воды и находим, что при 7 градусах у нас в пробе содержится 9 мг кислород, то эти цифры ничего не дают. Мы должны посмотреть в таблицу Виндлера: при 7 градусах должно быть растворено 11 мг. Кислорода на литр и это говорит о том что, по всей видимости, в воде содержится большое количество органических веществ
2. Показатель биохимического потребления кислорода (БПК). БПК - это количество кислорода, которое необходимо для окисления легко окисляемых органических веществ, находящихся в 1 литре воды. Условия для проведения этого анализа: экспозиция 1 сутки , 5 суток, двадцать суток. Методика: требуется время и темное место: берутся две банки, заполняются исследуемой водой. В первой банке определяется содержание кислорода тотчас, а вторую банку ставят либо на сутки, либо на 5, либо на 20 в темное помещение и определяют содержание кислорода. Чем больше содержится органических веществ в пробе воды, тем меньше кислорода будет обнаружено, потому что часть растворенного кислорода израсходуется на окисление органических веществ (легко окисляемых).
3. Окисляемость воды - это количество кислорода, которое необходимо для окисления легко и средне окисляемых органических веществ находящихся в 1 литре воды. Условия: окислитель - перманганат калия, 10 минутное кипячение. Не всегда высокая цифра окисляемости свидетельствует о неблагополучии водоисточника. Высокая цифра окисляемости может быть за счет растительной органики. Например, вода Ладожского озера и вообще вода северных водоемов содержит большее количество органики растительного происхождения и окисляемость наших вод достаточно высокая, но это не говорит о том что вода вредна или загрязнена. Кроме того, высокая цифра окисляемости может быть обусловлена наличием в воде неорганических веществ - сильных восстановителей что характерно для подземных вод. Сюда относятся сульфиды, сульфиты, соли закиси железа. Нитриты. Высокая цифра окисляемости может быть обусловлена наличием в воде органики животного происхождения, и только в этом случае мы говорим о том, что водоем загрязнен. Естественно возникает вопрос, как же нам решить за счет чего у нас наблюдается высокая цифра окисляемости. Для ответа на этот вопрос существуют следующие приемы: для того чтобы дифференцировать окисляемость за счет органических веществ от окисляемости за счет неорганических веществ нужно поставить пробу на холоду: на холоду окисляются неорганические вещества (минеральные). Допустим у нас окисляемость был 8 мг/л, поставили пробу на холоду, выяснили что окисляемость на холоду составляет 1 мг/л. Получается что за счет органических веществ приходится 7 мг/л. Теперь мы должны отдиференцировать органику растительного от животного происхождения. В этом случае нужно посмотреть на бактериологические показатели. ГОСТом окисляемость не нормируется, так как она может быть высокой и в нормальной и загрязненной воде. Однако существуют ориентировочные нормы. Ориентировочные нормы следующие: для поверхностных водоемов - 6-8 мг/л. Для подземных водоисточников, для шахтных колодцев 4 мг/л, для артезианских вод 1-2 мг/л.
4. ХПК - также показатель наличия в воде органических веществ - химическая потребность в кислороде. Это количество кислорода, которое необходимо для окисления легко, средне и трудно окисляемых органических веществ находящихся в 1 литре воды. Условия проведения анализа: двухромистый калий в качестве окислителя, концентрированная серная кислота, двухчасовое кипячение. В любой воде если правильно проведен анализ, то БПК будет всегда меньше чем окисляемость, а окисляемость всегда меньше ХПК. Определение ХПК, БПК и окисляемости имеет значение для прогнозирования сисстемы очистки сточных вод. Если взять сток - хозяйственно-фекальный нашего города и сток целлюлозно-бумажного комбината, и определить 3 этих фактора вы получите что в хозяйственно-фекальных сточных водах основную массу составляют легко окисляемые химические вещества, следовательно, для очистки надо применять биологический метод. В стоках целлюлозно-бумажного комбината значительно больше средне- и трудно окисляемых веществ, следовательно, применять надо химическую очистку.
5. Исследование органического углерода - показатель на наличие в воде органических веществ. Чем больше обнаруживается органического углерода, тем больше органики в воде. Существуют ориентировочные нормы по органическому углероду. Считается что если он присутствует в пределах 1-10 мг/ л этот водоем чистый, Более 100 - загрязненный.
6. ССЕ - карбо-хлороформэкстракт. Этот показатель позволяет определить присутствие в воде трудно определяемых веществ: нефтепродуктов, пестицидов, ПАВ. Все эти вещества адсорбируются на угле, а затем экстрагируются. Считается что если ССЕ в пределах 0.15 - 0.16 то этот водоем чистый, 10 и более - водоем загрязнен.
7. Определение хлоридов и сульфатов. Хлориды дают соленый вкус, сульфаты - горький. Хлориды не должны превышать 250 мг/л, а сульфаты не более 500 мг/л. Чаще всего хлориды и сульфаты в воде минерального происхождения, что связано с почвенным составом, но в отдельных случаях хлориды и сульфаты могут быть показателями загрязнения, когда они поступают в водоемы как загрязнения со сточными водами бань и т.п. Если содержание этих веществ меняется в динамике, то, безусловно, есть загрязнение водоисточника.
8. Сухой остаток. Если взять 1 литр воды и выпарить, взвесить остаток, то получим вес сухого остатка. Чем больше вода минерализована, тем этот сухой остаток будет больше. По ГОСТу сухой остаток не должен превышать 1000 мг/л. Потери при прокаливании позволяют судить о количестве органики в остатке (так органические вещества сгорают) Чем больше потерь при прокаливании, тем больше в воде содержится органических веществ. В чистой воде потери при прокаливании не должны превышать 1/3 сухого остатка, то есть 333 мг.
Все эти показатели являются косвенными, так как они не позволяют сами определить те вещества которые вызвали загрязнение. Более прямыми являются бактериологические показатели - индекс и титр бактерий группы кишечной палочки.
САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ. Дело в том что любая Среда биосферы имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, разложение белка до аммиака и его солей за счет действия микробов. Если водоем справляется то все органические вещества превращаются в аммиак и его соли на 7-12 сутки, а далее количество аммиака и его солей начинает падать, так как наступает вторая фаза и соли аммиака превращаются в нитриты что происходит на 25-27 сутки. А дальше концентрация нитритов начинает падать, потому что все нитриты превратятся в нитраты на 32-35 сутки. То есть весь процесс самоочищения заканчивается примерно за месяц. Аммиак, нитриты и нитраты называют триадой азота. Используя ее можно с очень высокой точностью определить давность загрязнения водоема. Например, при определении в триаде только аммиака говорит от том что загрязнение произошло 7-12 суток назад (свежее). При обнаружении всей триады азота надо думать о постоянном загрязнении водоема. В чистой воде наличие триады азота может быть обусловлено разложением органических веществ растительного происхождения. Для всей триады азота ГОСТом 28-74-82 “Вода питьевая” нормируются только нитраты, поскольку при длительном употреблении воды, содержащей повышенное количество нитратом может быть водная нитритно-нитратная метгемоглобинемия. Лимитирующий признак нормирования нитратов - токсикологический. По ГОСТу содержание нитратов не должно превышать 10 мг/л в пересчете на чистый азот или 45 мг/л в пересчете на соль. Для аммиака и его солей существует ориентировочные нормы 0.1 - 0.2 мг/л, для нитритов 0.001 = 0.002 мг/л.
Воды бывают напорными и безнапорными. С гигиенической точки зрения самые чистые - артезианские воды (они защищены слоями пород от загрязнения). Особенности подземных вод следующие: большая минерализованность чистота, практически не содержат органических веществ, идеальны по органолептическим свойствам. Для водоснабжения лучше использовать подземные воды.