Требования к качеству воды для обеспечения жизнедеятельности человека

Вода один из важнейших элементов природных ресурсов, состоящий из Мирового океана (93,6%), подземных вод (4%), льда и снега (2%), рек, озер и болот (0,4%). Она является основным компонентом растительного и животного мира, а также средой их обитания. Человек и животный мир должны быть обеспечены пресной питьевой водой, отвечающей по своему составу требованиям действующих на данный момент стандартов.

Употребление воды, не соответствующей санитарно-гигиеническим требованиям, является прямой угрозой массовых заболеваний населения, повышенной смертности, способствует обострению социальной обстановки и может сделать невозможной жизнь последующих поколений. Инфекционная заболеваемость населения, связанная с водоснабжением, достигает 0,5 млрд случаев в год, что ставит проблему гигиены воды первоочередной. Но в производстве продуктов питания, в медицине и во многих отраслях промышленности требуется вода особой чистоты. Эта задача встала в ряд глобальных.

Вода, являясь кровью земли, вездесуща в природном мире — биосфере, геосфере, атмосфере. Она наиболее чутко реагирует на изменения в природных процессах.

Поверхностные воды

В природных условиях в воде всегда растворены соли, газы и органические вещества, количественный состав которых меняется в конкретных условиях. Патогенные микробы попадают в водоисточники с выделениями людей и животных. Наиболее подвержены бактериальному заражению поверхностные водоемы со стоячей водой и в перенаселенных урбанизированных районах. Особенно опасны необеззараженные стоки инфекционных и ветеринарных больниц, предприятий по переработке животного сырья, сбросы с речных судов. Заражение человека животными паразитами (гельминтами, или глистами) может произойти при попадании их яиц в кишечник (аскариды, власоглав, острицы) как непосредственно с водой, так и через промежуточного хозяина (рачки-циклопы, рыбопродукты).

Существенную лепту в загрязнение водоемов вносит водный транспорт (нефтепродукты, пищевые отходы, сброс фекальных и технических вод).

Создание искусственных водохранилищ приводит к подъему уровня грунтовых вод, т.е. подтоплению и заболачиванию территорий. Это ухудшает условия аэрации почв, корнеобитаемой зоны, приводит к гибели деревьев, выходу из нор и гибели животных-землероев, увеличению влажности приземного слоя атмосферы, появлению в подвалах комаров и плесневых грибков.

Следствием осушения болот для увеличения посевных площадей является увеличение скорости разложения торфа до 15 см/год, что приводит к загрязнению дренажных и речных вод органикой, снижению в них содержания кислорода и гибели гидробионтов, болотным и лесным пожарам.

Добыча песка и строительных материалов со дна рек, углубление их фарватера и другие гидротехнические работы резко изменяют взаимоотношения поверхностных и подземных вод. Снижая сопротивление ложа реки, они приводят к облегчению попадания подземных вод в реку. Если поступающие в реку грунтовые воды загрязнены (в крупных городах, на промышленных и сельскохозяйственных объектах), то происходит загрязнение реки. Вспашка (особенно целинных земель) резко сокращает поверхностный сток и увеличивает подпочвенный. Это приводит к снижению питания мелких озер. Площадь их зеркала сокращается, берега высыхают и засоляются, а соль ветром разносится, происходит засоление почвы. Из-за воздействия напора подземных вод на берега происходит их сползание или оплывание, что приводит к оползням, смыву почвы, развитию береговой эрозии, изменению ландшафта и условий обитания живых существ.

Стандарт России на качество питьевой воды включает 30 обязательных показателей. ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения), рекомендует учитывать более 100 показателей. Исследования, проведенные московским НИИ им. Ф. Ф. Эрисмана, показали, что в питьевой воде наиболее часто превышают регламентируемые величины: железо (до 80%), суммарные органические соединения по величине перманганатной окисляемости (49%), цветность (47%), мутность (40%), фенолы (32%), марганец (29%), алюминий (15%), нефтепродукты (11%), формальдегиды, капролактам, циклогексанон (5%).

Алюминий является третьим по распространенности химическим элементом в земной коре (8,8%) после кислорода и кремния. Из-за высокой реакционной способности он находится в природе в виде различных соединений (например, боксит, содержащий до 60% глинозема, т.е. оксида алюминия Аl2O3), не растворимых в воде при кислотности рН 6—8.

В почвенном растворе алюминий находится в виде ионов А13+, А1(ОН)2+, А1(ОН2)1-, которые, начиная с концентрации 20 мг/кг почвы, оказывают токсичное действие на многие виды растений. Одним из механизмов вредного действия алюминия на растения является реакция гидролиза, служащая источником почвенной кислотности. ПДК алюминия в питьевой воде составляет 0,5 мг/л. После 1970 г. взгляды на токсичность алюминия изменились в свете проведенных исследований: при введении растворов солей алюминия группе животных установлены изменения в их головном мозге, аналогичные тяжелой форме, старческого слабоумия человека (болезнь Альцгеймера). Ученые давно предостерегают от излишнего увлечения алюминиевой посудой.

Обладая свойствами универсального растворителя, вода постоянно несет огромное количество различных элементов и соединений. Состояние воды характеризуется химическим составом добавок, содержанием солей, составом взвешенных частиц, температурой.

При концентрации солей менее 1 г/кг вода считается пресной, до 25 г/кг — солоноватой, более 25 г/кг — соленой. Экспериментальные и медико-клинические исследования доказали неблагоприятное влияние на организм жесткости воды, вызываемой суммарным содержанием в ней солей кальция и магния.

Антропогенные процессы загрязнения соды

Высокая жесткость воды провоцирует развитие мочекаменной болезни. Предполагается, что воды с низким содержанием солей жесткости способствуют развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

Повышенное содержание нитратов способствуют образованию в крови метгемоглобина, препятствующего нормальному окислительному процессу в организме. Это приводит к тяжелому заболеванию — метгемоглобинемии (токсическому цианозу).

Природные процессы загрязнения воды

Вызывают опасения и нитрозамины — вещества, образующиеся при взаимодействии нитратов с алифатическими и ароматическими аминами. Нитрозамины, активно проникая в воду, хорошо в ней растворяясь и имея высокую стабильность, являются активными канцерогенами.

Одним из важнейших показателей качества природной воды является содержанием ней фтора. Попадая в клетки растений или организм, фтор взаимодействует с многими химическими элементами (железом, марганцем, никелем), образуя комплексные соединения, которые депрессируют ферменты. Отрицательное влияние наблюдается как при недостатке фтора в воде, так и при его избытке. Недостаток фтора в рационе способствует развитию кариеса зубов.

Концентрация фтора выше 1,5 мг/л ведет к увеличению риска флюороза зубов, а еще большая концентрация — вызывает флюороз скелета типа: остеосклероза и тугоподвижность суставов (эту болезнь медики ставят в один ряд с раком). Флюороз проявляется в появлении пятен и эрозии зубной эмали, повышением стираемости и хрупкостью зубов. Обеспечение номинальной концентрации, фтора в питьевой воде связано со сложностью и дороговизной существующих технологий. В настоящее время самыми распространенными реагентами для удаления фтора являются соли алюминия (вред которого уже рассмотрен), но при этом необходимо учитывать и другие качественные показатели: концентрацию сульфатов, щелочность, общее солесодержание. Рассматривается вопрос об использовании в качестве реагента оксида магния: он не представляет вреда для здоровья, более дешев, упрощает схему процесса, быстро и хорошо растворяется, эффективно дефторирует воду.

Можно считать перспективным использование как реагента для дефторирования воды оксида кальция. Этот метод наименее вреден для здоровья людей; но менее удобен технологический процесс дефторирования: требуется контроль жесткости воды по кальцию и магнию.