 |
|
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВОДЫ.
ЗАНЯТИЕ 3. МЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ
Гидросферойназывают совокупность всех вод Земли: материковых (поверхностных, почвенных, глубинных), океанических и атмосферных. Площадь, занимаемая гидросферой непостоянна, нижний предел распространения гидросферы – 75 % поверхности Земли. Однако в зимний период в северном полушарии из-за снежного покрова эта цифра может доходить до 83 %.
Гидросферу образуют мировые запасы воды, которые слагаются из жидкой (солёная и пресная), твердой (пресная) и газообразной (пресная) фаз. Общий объем водных запасов на планете – 1,4 млрд. м3. Из всего этого объема соленая морская вода составляет 91-92 %, лед полюсов и гор - 2,2 %, пресная вода рек, озер, подземных водоносных горизонтов – 0,6 %, остальное – пары воды в атмосфере. Пресные воды, пригодные для всех видов пользования, составляют ничтожную часть всех запасов. Из них важнейшую роль играют реки вследствие их быстрой возобновляемости. Объем ежегодно возобновляемых пресных вод 45 тыс. км3 (суммарный годовой сток рек в океан).
Материковые воды – это воды суши: подземные, находящиеся в верхней части земной коры (до глубины 12-16 км), и поверхностные – воды рек, озер, болот, ледников.
Подземными называются воды, залегающие в толщах горных пород земной коры. Они образуются в результате просачивания и скопления атмосферных осадков на разной глубине от земной поверхности. Ближе всего к поверхности находятся почвенные воды, принимающие участие в формировании почв и используемые корнями растений. Глубже почвенных вод над первым водоупорным горизонтом лежат грунтовые воды. Грунтовые воды не имеют кровли из водонепроницаемых пород и потому являются безнапорными. Ниже первого водоупорного горизонта, между водонепроницаемыми пластами, залегают воды, называемые межпластовыми. Они могут быть напорными и безнапорными.
Естественные выходы на поверхность подземных вод называются источниками (родниками, ключами). По температуре воды, водоносности, степени минерализации источники чрезвычайно разнообразны. По температуре воды они делятся на обычные, холодные, теплые, горячие.
Вода– самое распространённое в биосфере вещество. Она представляет собой химическое соединение, состоящее из водорода и кислорода, дипольное по структуре, способное к полимеризации. Вода может находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Чистой воды в природе нет, в ней всегда растворены твердые вещества, газы, взвешены нерастворимые соединения. В ней находится карбонаты, сульфаты, хлориды и др. Наиболее чистой считается дождевая вода (но содержит нитриты и нитраты аммония, образующиеся в грозу). В природной воде содержатся частицы песка, микроорганизмы (бактерии, грибки, простейшие, водоросли) и радиоактивные вещества (уран, торий, радий, полоний, кальций, радон, торон), вымываемые из горных пород.
Вода не имеет запаха, вкуса, прозрачна, подвижна, имеет плотность 1 г/см3 , обладает высокой удельной теплоёмкостью, медленно нагревается и охлаждается. Вода взаимодействует со многими веществами, является средой для реакции, нейтральным растворителем, слабым электролитом, обладает инфективностью, инвазивностью, самоочищением.
Эколого-медицинское значение воды состоит в том, что она участвует в стабилизации условий среды на поверхности Земли (температуры, газового состава атмосферы), является планетарной транспортной системой, планетарным аккумулятором органического и неорганического вещества, универсальным растворителем (образование коллоидного раствора для биосистем), имеет защитную, климатообразующую, средообразующую функцию. Вода принимает участие в круговороте веществ, в геологических, гидролитических, энергетических процессах Земли, является источником водорода и кислорода, обеспечивает теплообмен, используется в сельском хозяйстве и промышленности, имеет эстетическое значение. Вместе с этим вода является резервуаром загрязнений и источником загрязнения воздуха, почвы.
Вода принимает активное участие в физиологических процессах организма. Она является универсальным растворителем газообразных, жидких и твердых веществ, а также участвует в процессах окисления, промежуточного обмена, пищеварения, терморегуляции. Растворенные в воде минеральные соли оказывают влияние на поддержание важнейших биологических констант организма - осмотического давления, кислотно-щелочного равновесия, коллоидального состояния плазмы крови и тургора клеток. Она является участником процессов гидролиза жиров, углеводов, гидролитического и окислительного дезаминирования аминокислот и других реакций промежуточного обмена. Вода обеспечивает тургор кожи и тканей человека.
Суточный баланс воды у человека в организме составляет около 2,5 дм3. Количество потребляемой воды подвержено значительным колебаниям в зависимости от климатических условий, микроклимата и интенсивности выполняемой работы. Потеря воды в количестве 10% от массы тела приводит к нарушению обмена веществ, потеря 15-20% смертельна при температуре воздуха 30°С, а потеря 25% абсолютно смертельна.
Вода используется для поддержания в надлежащем санитарном состоянии тела человека, предметов обихода, жилища, организации отопления, удаления нечистот, полива зеленых насаждений, кулинарной обработки пищи, оказывает благоприятное влияние на климатические условия, условия отдыха населения, на уровень культуры и быта. Минеральные воды используются для бальнеологических целей, воду используют для закаливания организма. В условиях научно-технического прогресса огромное количество воды расходуется на технические и хозяйственно-бытовые цели.
Однако, вода может иметь отрицательное значение, являясь путем передачи возбудителей инфекционных заболеваний, фактором риска при недостаточном или избыточном солевом составе, причиной возникновения ряда заболеваний неинфекционного происхождения из-за возможного наличия в ней загрязнителей. Контакт человека с составляющими гидросферы происходит тремя путями:
1. Через верхние дыхательные пути. Токсичные компоненты воздуха воздействуют через всасывающую поверхность альвеол легких, прежде всего на них самих, а через большой круг кровообращения попадают во внутреннюю среду организма, минуя печень.
2. Через желудочно-кишечный тракт. Значительная часть воды всасывается в двенадцатиперстной, тонкой кишке и желудке. При неблагоприятном состоянии источников водоснабжения происходит поражение ЖКТ, развитие гастроэнтеритов.
3. Через кожу. При экологическом неблагополучии водоемов при купании возможен контакт с простейшими, бактериями, гельминтами и последующее инфицирование человека.
Согласно классификации ВОЗ можно выделить несколько групп заболеваний, связанных с экологическим загрязнением гидросферы:
- заболевания от зараженной воды (тиф, холера, дизентерия, полиомиелит, гепатит).
- заболевания кожи и слизистых (трахома, проказа).
- заболевания, вызываемые моллюсками (шистосомоз, ришта).
- заболевания, вызываемые живущими и размножающимися в воде насекомыми (малярия, желтая лихорадка).
- заболевания от загрязненной токсическими веществами воды.
Абиотическими факторами водной сферы являются ее высокая плотность и вязкость (давление возрастает на 1 атм. на каждые 10 м), горизонтальная и вертикальная подвижность, стабильный температурный режим (самая низкая температура +20С, самая высокая – +360С), прозрачность и световой режим, зависящие от глубины, сезона, количества взвешенных частиц, солевой режим (в пресных водоемах до 0,5 г/дм3 – гипотоническая среда, в морских – до 35 г/дм3 – изо- и гипертоническая среда), кислородный режим (в насыщенной кислородом воде его в 21 раз меньше, чем в атмосферном воздухе), углекислотный режим (в воде СО2 в 7000 раз больше, чем в атмосфере, рН воды (пресные воды с рН 3,7 -4,7 считаются кислыми, 6,95-7,8 – нейтральными, рН›7,8 - щелочными). Характеристика абиотических источников загрязнения гидросферы
Загрязнители, поступающие в сточные воды можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяются нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнители делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические. Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами. Органические загрязнители по происхождению подразделяются на растительные и животные. Растительные органические загрязнители представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла. Загрязнители животного происхождения – это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества. К загрязнителям физической природы относятся радионуклиды, тепло, механической - песок, глина, плавающие примеси; биологической - бактерии, вирусы, простейшие, грибы, гельминты.
Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных вод возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретой воды обуславливает повышение температуры водоемов на 6-80С, это препятствует водообмену между поверхностным и донным слоями. Растворимость кислорода уменьшается, а его потребление увеличивается. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.
Большое значение в загрязнении Мирового океана имеет дампинг - сброс отходов в море с целью захоронения (грунта, бурового шлака, отходов промышленности, строительного мусора, твердых отходов, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных отходов). Объем захоронений составляет около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в мировой океан. Основанием для дампинга служит возможность морской среды к переработке большого количества органических и неорганических веществ без особого ущерба воде. Однако эта способность не беспредельна. Поэтому дампинг рассматривается как вынужденная мера. Влияние дампинга: во время сброса часть загрязняющих веществ переходит в раствор, изменяя качество воды; другая часть сорбируется и переходит в данные отложения. Повышается мутность воды, происходит быстрый расход кислорода в воде (и нередко его полное исчезновение), накопление металлов в растворенной форме, появлению сероводорода. Все это приводит к гибели или сокращению роста малоподвижных форм бентоса и к изменению видового состава.
Радиоактивность подземных вод обусловлена присутствием радиоизотопов калия, радия, рутения. Радиохимический состав подземных вод зависит от количества растворимых радиоактивных веществ, которые содержатся в грунте, а также климата и метеорологических условий. Радиоактивность речной воды обусловлена изотопами радия и калия. Радиационное загрязнение происходит как за счет продуктов деления ядерных элементов, так и за счет наведенной радиации в результате испытания атомного оружия, аварий на атомных электростанциях, сбросов радиоактивных отходов. Естественный радиационный фон не оказывает неблагоприятного влияния на живые организмы. Однако при повышении дозы естественного облучения у растений и животных могут появиться мутации, нарушиться процессы индивидуального развития, снизиться устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. В условиях повышенного фона у человека снижается иммунитет, увеличивается неспецифическая заболеваемость, появляются стохастические эффекты.
Основными загрязнителями химической природы являются бензол, поверхностно-активные вещества (ПАВы), полициклические и ароматические углеводороды, нитрозамины, тяжелые металлы (мышьяк, свинец, ртуть), удобрения, пестициды, кислоты, щелочи.
Сточные воды, содержащие суспензии органического происхождения или растворенное органическое вещество, пагубно влияют на состояние водоемов. Осаждаясь, суспензии заливают дно и задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод, затрудняют проникновение света в глубь и замедляют процесс фотосинтеза, могут образовывать отравляющие вещества (сероводород) - приводит к загрязнению всей воды.
В соответствии с рекомендациями ВОЗ токсические химические соединения, обнаруживаемые в питьевой воде, разделяют на две группы:
- вещества, концентрации которых при прохождении в водопроводной барьернораспределительной системе не изменяются и зависят только от содержания этих веществ в водоисточниках (мышьяк, селен, цианиды, фториды, хлориды, сульфаты и др.);
- вещества, концентрации которых изменяются при прохождении воды через водопроводную барьернораспределительную систему (алюминий, кадмий, хром, свинец, ртуть, хлороформ, четыреххлористый углерод, акриламид и др.).
Патогенные организмы имеют ряд свойств, которые отличают их от химических загрязняющих агентов:
- патогенные организмы представлены дискретными организмами, а не находятся в виде раствора;
- патогенные организмы часто собираются в конгломераты или адсорбируются на взвешенных твердых частицах в воде, поэтому нельзя точно рассчитать полученную инфицирующую дозу на основании их средней концентрации в воде;
- вероятность риска заражения возбудителем зависит от степени его инвазивности и вирулентности, а также от иммунитета индивида, подвергающегося воздействию возбудителя;
- возбудители инфекционных заболеваний размножаются в организме хозяина, а некоторые (условно-патогенные бактерии) способны размножаться в воде, пищевых продуктах или напитках, тем самым, поддерживая или даже увеличивая риск инфекций;
- в отличие от многих химических агентов, реакция на дозу возбудителя не является кумулятивной.
Бактериальное и биологическое загрязнение свойственно бытовым сточным водам и стокам некоторых промышленных предприятий (бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности). Наиболее распространенный вид опасности, связанной с питьевой водой, обусловлен ее загрязнением сточными водами или фекалиями человека и животных. При наличии в населенном пункте больных с активно протекающими кишечными инфекционными заболеваниями или носителей возбудителей, фекальное загрязнение водоисточников приводит к появлению в воде патогенных микроорганизмов. Использование такой воды для питья, приготовления пищи, купания и даже вдыхание гидроаэрозоля (при приеме душа, работе кондиционера) могут вызывать заболевания.
Степень этого риска зависит от многих факторов, определяющим из которых являются: вид возбудителя, его вирулентность, концентрация в питьевой воде, устойчивость во внешней среде и к действию дезинфицирующих средств, характер возможного воздействия на человека и т.д. Основные свойства важнейших для человека микроорганизмов, которые могут передаваться с питьевой водой.
Водный путь распространения кишечных инфекций возможен при сочетании следующих условий:
- имеется возможность попадания возбудителей заболеваний в воду с выделениями больных или бациллоносителей;
- возбудители достаточно долгое время сохраняют в воде жизнеспособность и вирулентность;
- окажется возможным проникновение зараженной воды в кишечник человека.
Загрязнители биологической природы могут обусловить возникновение у человека кишечных инфекций (холеры, брюшного тифа, паратифов, дизентерии), вирусных болезней (инфекционного гепатита, полиомиелита, болезни Коксаки), зоонозов (желтушного лептоспироза, туляремии, бруцеллеза), протозоонозов (амебиаза, балантидиаза), гельминтозов (аскаридоза, трихоцефалеза, анкилостомидозов, фасциолеза, шистоматозов), грибковых заболеваний (эпидермофитии).
Риск для здоровья, связанный с наличием токсичных химических веществ в питьевой воде, обусловлен возможностью развития хронических, химически зависимых состояний и заболеваний населения.
К опасным загрязнителям вод относятся тяжелые металлы. Фоновое содержание их в природной среде мало. Некоторые тяжелые металлы, например медь, цинк, ванадий и ряд других, необходимы живым организмам в качестве микроэлементов, хотя уже в микромолярных концентрациях становятся токсичными. Тяжелые металлы, попадая в организм человека, вызывают различные нарушения здоровья. Свинец, попадая в ЖКТ, после резорбции соединяется с гемоглобином крови и распространяется по всему организму, способен формировать в костной ткани и зубах труднорастворимое вещество фосфат свинца и находиться там долгий период. Даже при безопасном уровне в крови свинец может вызывать неврологическую симптоматику: раздражительность и ухудшение внимания. Длительное воздействие приводит к мышечной слабости и падению уровня гемоглобина (гипохромная анемия), свинец проникает через плацентарный барьер. Проявлениями хронической интоксикации являются слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, уменьшение массы тела, боль в животе. Мышьяк является одним из наиболее токсичных контаминантов воды и пищевых продуктов. В большей степени загрязнение водоисточников, в первую очередь поверхностных, мышьяком связано с пестицидами и гербицидами, а также промышленными стоками.
При контакте с организмом человека мышьяк поступает в кровь, а затем обнаруживается главным образом в печени, мышечной ткани, почках, селезенке и кожных покровах. Мышьяк способен проникать через плацентарный барьер. В организме человека неорганический мышьяк способен превращаться в моно- и диметилированные соединения. Хроническое воздействие мышьяка приводит к потере веса, депрессии и развитию онкологических заболеваний. Трехвалентный мышьяк подавляет активность многих ферментов, в частности содержащих сульфгидрильные группы.
Кадмий поступает в питьевую воду в результате коррозии гальванизированных труб, из красителей и стабилизаторов полихлорвиниловых труб, а также вследствие загрязнения источников водоснабжения сточными водами предприятий сталелитейной промышленности и производства пластмасс. Кадмий относят к числу сильно ядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг. Обмен кадмия характеризуется следующими основными особенностями:
- отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля;
- длительным удержанием в организме с чрезвычайно долгим периодом полувыведения, составляющим у человека в среднем 25 лет (биологическим индикатором задержки кадмия в организме могут служить волосы);
- преимущественным накоплением в печени и почках (до 80 %в составе металлотионеина);
- интенсивным взаимодействием с другими двухвалентными металлами, как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне (с цинком, кальцием, железом, селеном, кобальтом);
- способностью проникать через плацентарный барьер.
Тератогенное действие кадмия (тератогенные дозы – 11,1 мкмоль/кг), связано с нарушением поступления в плод эссенциальных элементов (цинка).
Острая интоксикация проявляется тошнотой, рвотой, спазмами в животе, в тяжелых случаях – диареей и шоком. При хронических отравлениях кадмием наблюдаются рентгенографические изменения в костях (остеопороз), поражения проксимальных почечных канальцев, прогрессирующее развитие систолической гипертензии, признаки анемии. Четко выделены: кадмиевый ринит, кадмиевая нефропатия с типичной протеинурией, кадмиевая остеомаляция (болезнь итай-итай), нейротоксический синдром (приступы головных болей, головокружения, усиление коленного рефлекса, тремор, дермографизм, нарушение сенсорной и моторной хронаксии), артериальная гипертензия, мутагенный (но не канцерогенный) эффект.
Хром в питьевой воде относительно редко встречается в концентрациях, превышающих 0,05 мг/дм3. Специфической токсической формой является шестивалентный хром, который оказывает повреждающее действие на почки, печень и желудочно-кишечный тракт и к тому же обладает генотоксичностью и канцерогенностью. Шестивалентный хром в естественных условиях встречается крайне редко.
Фтористые соединения образуются при производстве алюминия, стекла, фосфорных удобрений и со сточными водами таких предприятий могут попадать в водоисточники. Пониженное содержание фтора в питьевой воде неблагоприятно сказывается на состоянии зубной эмали. Частота кариеса уменьшается по мере возрастания концентрации фтора в питьевой воде примерно до 1 мг/дм3. Дальнейшее увеличение концентрации фтора приводит к росту частоты флюороза зубов и изменениям со стороны костной системы (деформирующий остеоартроз), а также замедлению роста, поражению почек и щитовидной железы.
Селен присутствует в питьевой воде в незначительных концентрациях, как правило, менее 0,005 мг/дм3. По этой причине суточное поступление селена в организм с питьевой водой не превышает 5 - 10 % от поступления с пищевыми продуктами. Селен является незаменимым для человека элементом, поскольку в частности входит в состав фермента глутатионпероксидазы. Потребление воды с повышенными концентрациями этого элемента может вызывать поражения желудочно-кишечного тракта, ногтей, волос и разрушение зубов. В некоторых регионах с низким содержанием селена в окружающей, в том числе и водной среде, у местного населения отмечается эндемическая кардиомиопатия (болезнь Кешана) и остеоартропатия (болезнь Кашина–Бека). За исключением сульфида селена, который не встречается в питьевой воде, нет экспериментальных свидетельств о канцерогенности селена.
Основным источником загрязнения питьевой воды свинцом является сама распределительная водопроводная система, где этот элемент содержится в трубах, припоях, арматуре. Содержание свинца в питьевой воде особенно велико, если вода употребляется из водопроводного крана по утрам без слива, по крайней мере, первых 100 мл, находившихся в непосредственном контакте с латунными вентилями.
Основными сферами избирательной токсичности соединений тяжелых металлов являются специфический эпителий почек, печени и кишечника, эритроциты и нервные клетки, где наблюдается повышенная концентрация этих веществ, поэтому нефропатия, токсическая дистрофия печени, выраженная неврологическая симптоматика и гемолиз часто превалируют в клинической картине этих отравлений. В организме существуют три основных метаболических пула этого элемента: кровь, мягкие ткани, скелет. Более 90 % свинца, присутствующего в крови, связано с эритроцитами. Свинец плазмы крови комплексируется преимущественно с трансферрином (особенно при железодефицитных состояниях). Концентрации в крови 2,9 - 3,86 мкмоль/дм3 отражают нагрузки этим элементом, способные вызвать определенные биохимические сдвиги без проявления, однако, клинических симптомов свинцовой интоксикации. Для детей эти границы существенно ниже.
При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения (анемия микроцитарная, нормохромная, морфологически не отличимая от железодефицитной анемии), нервная система (энцефалопатия и нейропатия) и почки (нефропатия).
Позже присоединяются общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, потеря аппетита, уменьшение массы тела, запоры, боль в животе (в эпигастральной области), признаки анемии. Могут обнаруживаться диффузная дегенерация миокарда, нарушения психического развития детей, хроническая нефропатия.
Ртуть и ее соединения, в особенности органические, причисляют к опаснейшим, высокотоксичным веществам, кумулирующимся в организме человека и длительно циркулирующим в биосфере. Крайним выражением современного хронического ртутного отравления, связанного с экологической проблемой, является болезньМинамата(отравление алкилртутью через морепродукты).
Хронические отравления ртутью (микромеркуриализм) характеризуются поражением центральной и вегетативной нервной системы, печени и выделительных органов (почек, кишечника). При этом отмечается головная боль, быстрая утомляемость, ослабление памяти, чувство беспокойства, апатия, ухудшение аппетита, снижение массы тела. В дальнейшем появляются слабовыраженный тремор кистей рук и диагностируемые лабораторными методами нарушения функции печени и почек. При более тяжелом отравлении наблюдаются снижение чувствительности кожи на конечностях, парастезия вокруг губ, сужение поля зрения, атаксическая походка, расстройство эмоциональной сферы. Ртуть оказывает также гонадо- и эмбриотоксическое, тератогенное и мутагенное действие.
Алюминий широко распространен в природе и часто обнаруживается в воде.
Алюминий обладает низкой токсичностью, однако некоторые исследователи связывают воздействие этого элемента на человека с поражениями мозга, характерными для болезни Альцгеймера. Среди органических химических веществ – загрязнителей воды особый интерес представляют те из них, которые являются побочными продуктами, образующимися при очистке и обеззараживании питьевой воды.
Медь обладает раздражающим действием на ЖКТ, индуцирует гепатический цирроз, ослабление иммунитета, функциональные расстройства нервной системы. Кроме этого медь придает металлический вкус воде. Барий, аккумулируясь в печени, легких, селезенке, пролонгирует процесс мышечного сокращения, блокирует передачу нервных импульсов, вызывает заболевания нервной системы и системы кровообращения.
Летучие органические соединения (ЛОС) - водные примеси, представляющие опасность даже в незначительной концентрации. К ним относятся бензол, тетрахлористый углерод, толуол, винилхлорид, дихлорэтан и др. ЛОС являются побочными продуктами при производстве ядохимикатов, красок, клеев, красителей, парфюмерных изделий, перегонки нефти. Продукты метаболизма трихлорэтана оказывают седативное (хлоралгидрат), токсическое для ЦНС (трихлорэтанол) и раздражающее действие (трихлоруксусная кислота).
Нефть и нефтепродукты являются наиболее распространенными загрязняющими веществами в мировом океане. Наибольшие потери нефти связаны с ее транспортировкой из районов добычи. Кроме этого по рекам с бытовыми и ливневыми стоками.
Входящие в состав нефтепродуктов предельные и непредельные углеводороды обладают наркотическим действием, вызывают изменения со стороны сосудистой и центральной нервной системы, а ароматические углеводороды в условиях острого воздействия поражают главным образом ЦНС, вызывая наркотический эффект, сопровождающийся сонливостью, вялостью, тремором, а также оказывают влияние на кроветворные органы и сосудистые системы некоторых органов. При комбинированном действии углеводородов в составе нефтепродуктов токсичность смеси возрастает.
Из загрязняющих веществ очень опасны синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВы), являющиеся одним из самых распространенных химических загрязнителей водоемов. ПАВы могут оказывать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека. Попадая в воду, они сильно пенятся, нарушая кислородный режим и процессы самоочищения водоема.
Тригалометаны обнаруживаются практически всегда в питьевой воде при ее хлорировании вследствие процессов трансформации. К ним относятся хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан и бромоформ. Их концентрации меняются в зависимости от типа и дозы хлора, использованного для хлорирования воды, а также от вида и концентрации органических веществ, находившихся в исходной воде. Эти четыре соединения в основном схожи по токсикологическому действию. Они легко всасываются в желудочно-кишечном тракте, при длительном поступлении вызывая повреждения печени и почек. Экспериментально подтверждено, что тригалометаны способны индуцировать злокачественные гепатомы, аденомы и аденокарциномы почек у теплокровных животных. Расчетные концентрации тригалометанов в питьевой воде, связанные с избыточным риском заболеваемости раком за время жизни, составляют от 60 до 200 мкг/дм3.
Формальдегид появляется в питьевой воде, прежде всего вследствие окисления природных органических веществ во время озонирования и, в меньшей степени, хлорирования. Он обнаруживается также в питьевой воде в результате миграции из пластмассовой арматуры. В озонированной питьевой воде определяются концентрации формальдегида до 30 мкг/дм3. Несмотря на то, что формальдегид при ингаляционном воздействии является канцерогенным, он не проявляет такой активности при пероральном поступлении в организм теплокровных животных.
Акриламид является исключительно продуктом деятельности человека. При этом главный источник его поступления – миграция остаточных количеств мономера из полиакриламида, используемого в качестве флокулянта при очистке питьевой воды, а также при применении акриламида в качестве цементирующего агента.
Акриламид легко всасывается в желудочно-кишечном тракте, может проникать через плаценту. Он нейротоксичен, способен повреждать половые клетки, нарушать репродуктивную функцию, индуцировать генные мутации в клетках млекопитающих и хромосомные аберрации in vitro и in vivo.
Пестициды могут длительное время сохраняться в водоемах, накапливаться в опасных для человека количествах, поступать в организм растений, рыб, водоплавающих птиц. Пестициды обладают значительной токсичностью, оказывают аллергическое, канцерогенное, эмбриотропное, тератогенное, мутагенное и гонадотропное действие. Длительное малоинтенсивное воздействие ядохимикатов может способствовать повышению общей заболеваемости. Полициклические ароматические углеводороды, ароматические амины, нитрозосоединения характерны канцерогенным действием и могут обусловливать развитие опухолей различной локализации.
Для обеззараживания воды широко используются соединения хлора, однако его присутствие в питьевой воде вызывает ряд проблем: неприятный вкус и запах, риск возникновения рака мочевого пузыря и рака прямой кишки.
Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды, загрязняющие вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения. Основными источниками загрязнения природных вод являются:
- Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой массы веществ. Особенно опасны стоки с городских улиц, промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов, кислот.
- Городские сточные воды, включающие преимущественно коммунально-бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные вещества), микроорганизмы, в том числе патогенные.
- Неочищенные или недостаточно очищенные промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, потребляющих воду.
- Сельскохозяйственные объекты.
В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, средство транспортировки. Многие предприятия используют воду для охлаждения. Кроме химического загрязнения такая вода способствует и тепловому загрязнению водоема. На предприятиях пищевой, химической, нефтехимической промышленности вода используется как растворитель, входит в состав продукции. В ряде случаев вода играет роль среды. При этом она загрязняется механическими примесями и растворимыми химическими веществами.
Воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека, называются сточными. Химический состав промышленных стоков очень разнообразен – в соответствии с технологическим процессом. Реакция среды колеблется от резкощелочной до резко кислой.
При технологических процессах появляются следующие виды сточных вод:
- реакционные воды, образующиеся в процессе протекания реакций с выделением воды. Эти воды загрязнены исходными веществами и продуктами реакции;
- воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная и связанная вода);
- промывные воды – воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы;
- водные экстракты и абсорбенты;
- охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения;
- бытовые воды – воды столовых, прачечных, душевых, туалетов, воды после мытья помещения;
- атмосферные осадки, стекающие с территории промышленных предприятий, загрязненные химическими веществами.
Сельское хозяйство связано с применением ядохимикатов, которые непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, неизбежно оказываясь в водных объектах. Сточные воды сельского хозяйства, содержащие органические вещества, содержат большое число биогенных элементов. В результате происходит массовое размножение организмов фитопланктона, в первую очередь сине-зеленых и бурых водорослей, а также интенсивное развитие высших водных растений, которые отмирают и количество органического вещества в водном объекте возрастает. Организмы оказываются в условиях дефицита кислорода и в воде начинают преобладать анаэробные процессы (эвтрофикация). Собственно анаэробные процессы представляют собой вторичное загрязнение воды.
Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды, называется загрязняющим веществом или загрязнителем.
К критериям, учитывающим всю совокупность характеристик загрязнителей и особенностей возможного их действия на здоровье населения, согласно Международной программе по химической безопасности, относятся:
- широкое распространение токсиканта в водоисточниках и питьевой воде;
- возможное присутствие химических веществ в питьевой воде на уровнях, способных вызывать неблагоприятные изменения в состоянии здоровья у населения;
- устойчивость токсического вещества к воздействию факторов среды, в том числе водной, возможность включения его в природные процессы циркуляции веществ и накопление в организме;
- частота и тяжесть неблагоприятного воздействия токсического агента на человека, особенно в форме необратимых и длительно протекающих изменений в организме, сопровождающихся генетическими и канцерогенными эффектами;
- трансформация химического соединения в воде и/или в организме человека, приводящая к образованию продуктов, имеющих большую токсичность и опасность, чем исходные вещества;
- величина популяции, подверженной действию химического соединения (вся популяция; профессиональные контингенты; группы населения, имеющие повышенную чувствительность к воздействию данного токсиканта).
Защита водных ресурсов от загрязнения осуществляется организационно-планировочными, технологическими и санитарно-техническими методами и средствами. Организационно-планировочные – рациональное размещение устройств водозабора и водоотвода и водосброса сточных вод, создание замкнутых циклов. Технологические – сокращение водопотребления, повторное использование стоков, разделение систем бытового и хозяйственного потребления и т.п. Санитарно-технические – меры очистки, комплекс очистных сооружений, других средств очистки.
Механическая очистка – процеживанием, отстаиванием, фильтрованием, флотацией ит.д. В гидроциклонах идет активное осаждение загрязняющих частиц. Физико-химические методы используют для удаления растворимых примесей и взвесей. Наиболее распространены методы электрофлотации, коагуляции, применения реагентных веществ, ионообменных смол (катионитов и анионитов).
Биологическая очистка – очистка с помощью микроорганизмов, основанная на способности микробов использовать частицы загрязнения для процессов жизнедеятельности. Используется активный ил – скопление бактерий и др. живых организмов в виде зооглеи. Процесс происходит в аэротенках, биофильтрах или прудах.
В разных странах мира установлено около 100 показателей качества воды. Учитывается запах, вкус, окраска, температура, состав и концентрация примесей, ПДК, наличие бактериальных организмов. Качество поверхностных вод определяют через ИЗВ – индекс загрязнения вод, от 0,3 до 10 и более. Вода является не только одним из важнейших элементов биосферы и основой для воспроизводства любой формы органической жизни, но и ведущим фактором риска в развитии заболеваний инфекционной и химической этиологии. Значительное число болезней человека связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения.
Все водные источники связаны с окружающей внешней средой. На них оказывают влияние условия формирования поверхностного или подземного водного стока, разнообразные природные явления.
Микробное загрязнение вод происходит в результате поступления в водоемы патогенных микроорганизмов. Выделяют также тепловое загрязнение вод в результате поступления тепла. Под влиянием загрязнителей ухудшаются органолептические, химические и микробиологические показатели воды. Загрязнение воды химическими, красящими веществами, песком, глиной, теплом приводит к резкому ухудшению органолептических свойств, щелочами – к повышению рН, кислотами – к его снижению. Употребление воды, загрязненной химическими веществами приводит к поражению пищеварительной, кровеносной и нервной систем, паренхиматозных органов, к отдаленным канцерогенным эффектам. Из-за загрязнения природных вод они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд.