Тема 7. Воздействие загрязнений на качество питьевой воды

1. Эссенциальные химические вещества. Эндемические заболевания

2. Приоритетные химические загрязнители питьевой воды

Вода — главное и наиболее распространенное химическое соединение на нашей планете. Она обязательный компонент всех живых организмов, а также большинства продуктов питания. Качество воды определяется совокупностью примесей минеральных и органических веществ, газов, коллоидов, взвешенных веществ и микроорганизмов. Значительное число болезней человека связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Прежде всего это инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями, вирусами и простейшими, которые представляют наиболее типичный фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой. Однако повсеместное внедрение очистки и обеззараживания питьевой воды привело к тому, что классические «водные» инфекции (брюшной тиф, холера) возникают все реже, а удельный вес кишечных инфекций, вызываемых микробами-оппортунистами, вирусами и простейшими, возрастает.

Проблемы, связанные с химическими компонентами питьевой воды, возникают главным образом из-за способности химических веществ оказывать неблагоприятный эффект на здоровье при длительном воздействии. Особое значение при этом приобретают те загрязняющие агенты, которые обладают кумулятивным токсическим действием, например тяжелые металлы и канцерогены. Только немногие химические компоненты в воде могут привести к острым нарушениям здоровья, если это не связано с экстремальным загрязнением систем водоснабжения при авариях. Кроме того, как показывает опыт, вода в таких случаях обычно становится непригодной для питья вследствие резких изменений органолептических показателей (запаха, привкуса, окраски).

Использование химических обеззараживающих воду средств обычно приводит к образованию побочных продуктов трансформации химических соединений, некоторые из которых потенциально опасны. Например, недостаточно изучено влияние на человека продуктов озонолиза. И хотя обусловленный ими риск для здоровья несравним с опасностью, возникающей при недостаточном обеззараживании, необходимо учитывать и их действие на организм человека.

Химические вещества, присутствующие в питьевой воде, условно разделены на несколько групп. Первая группа — это эссенциальные, т. е. жизненно необходимые элементы. Отклонения от нормального уровня поступления этих веществ в организм человека могут вызвать определенные негативные последствия для здоровья. В эту группу входят фтор, йод, магний, железо, марганец, хлориды и сульфаты.

Во второй группе — наиболее опасные для человека канцерогенные вещества, в том числе асбест, кадмий, мышьяк, хром, хлорорганические соединения. Остальные вещества — это такие наиболее распространенные загрязняющие вещества, как нитриты и нитраты, фенол, нефтепродукты, пестициды и тяжелые металлы.

1. Эссенциальные химические вещества. Эндемические заболевания

В природе нет химически чистой воды вследствие большой растворяющей способности воды по отношению к веществам с полярной и ионной структурой. Такое свойство воды объясняется аномально высоким значением ее диэлектрической проницаемости, равной 78,3 при 298 К. Даже самые чистые атмосферные осадки над Антарктидой содержат до 5 мг/л растворенных солей. А содержание солей в дождевой воде в районах с интенсивной вулканической деятельностью достигает 1000 мг/л.

Состав примесей природных вод формируется в результате взаимодействия воды с окружающей средой — горными породами, почвой, атмосферой. При этом протекают следующие процессы: растворение соединений; взаимодействие веществ с примесями водных растворов; биохимические реакции в организмах флоры и фауны; коллоидно-химические взаимодействия. Действие этих процессов определяется температурой, давлением, геологическими особенностями горных пород. В природных водах присутствует более 70 химических элементов.

Главнейшими природными соединениями, определяющими в основном состав природных вод, являются: галит — NaCl, гипс — CaSO₄ • 2Н₂O, кальцит — СаСO₃ и доломит — CaMg(CO₃)₂.

Более 90% растворенных солей представлено одними и теми же анионами и катионами, которые называются главными (основными). Это катионы Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺ и К⁺ и анионы НСО₃^-, SO₄^2- и Сl^-.

Концентрация основных ионов в природных водах определяет ее минерализацию (солесодержание), которая лимитируется условиями водопользования.

По величине минерализации природные воды разделяют на восемь видов (табл. 1).

Хорошая питьевая вода содержит не более 0,5 г/л солей. Но в некоторых районах для питья используют и воды, содержащие 1-3 г/л солей. Воды с повышенной минерализацией способствуют отложению солей, а ультрапресные воды обладают способностью выводить соединения кальция из организма человека, поэтому к их использованию для питья следует подходить с осторожностью.

Таблица 1

Классификация природных вод по значению минерализации

Минерализация, г/л	Наименование вод
Менее 0,2	Ультрапресные
0,2-0,5	Пресные
0,5-1,0	С относительно повышенной минерализацией
1-3	Солоноватые
3-10	Соленые
10-35	С повышенной соленостью
35-50	Переходные к рассолам
50-400	Рассолы

Согласно классификации природных вод по химическому составу, предложенной О. А. Алекиным, по преобладающему аниону они делятся на три класса: карбонатный (или гидрокарбонатный), сульфатный и хлоридный.

Класс гидрокарбонатных вод объединяет пресные и ультрапресные воды рек, озер и включает значительное количество подземных вод. Наличие гидрокарбонат-иона в природных водах — результат растворения карбонатных пород угольной кислотой.

Класс хлоридных вод объединяет воды морей, лиманов и подземные воды солончаковых районов. Хлориды появляются в природных водах при растворении пород, их содержащих, и выбрасываются в большом количестве при извержении вулканов. В пресных водах концентрация хлоридов невелика. Избыточное поступление в организм хлористого натрия связывают с увеличением частоты сердечно-сосудистых заболеваний. Так, у людей, длительно и постоянно употреблявших высокоминерализованные питьевые воды с содержанием хлоридов 1400 мг/л, отмечается склонность к повышенной реактивности сосудов и некоторым особенностям водно-солевого обмена. При употреблении питьевой воды с содержанием хлоридов на уровне 300-400 мг/л отклонений в состоянии сердечно-сосудистой системы и водно-электролитного баланса не выявлено.

Сульфатные воды по распространению и минерализации занимают промежуточное положение между хлоридными и карбонатными водами. Сульфат-ионы поступают в природные воды при растворении гипсовых пород, мирабилита, окислении сульфидов, серы и органических серосодержащих соединений. Содержание SO₄^2- лимитируется в питьевой воде: при концентрации более 500 мг/л наступает расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта.

По преобладающему катиону классы вод делятся на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую.

Ионы Са²⁺ и Mg²⁺ присутствуют во всех природных водах. Их источник — растворение известняков, доломитов, гипса, сложных алюмосиликатов. Ионы Са²⁺ характерны для мало- и среднеминерализованных вод. При повышении солесодержания до 1 г/л содержание Mg²⁺ увеличивается, что обусловлено лучшей растворимостью в воде солей магния.

В минерализованных водах ионы Са²⁺ и Mg²⁺ становятся преобладающими. В санитарно-гигиеническом отношении ионы Са²⁺ и Mg²⁺ не представляют опасности.

Содержание солей кальция и магния обусловливает жесткость воды. По величине жесткости различают четыре типа природных вод (табл. 2)

Хорошая питьевая вода должна иметь жесткость не более 7 мг-экв/л.

При употреблении воды, жесткость которой превышает 10 мг-экв/л, происходит усиление местного кровотока, изменяется процесс фильтрации и реабсорбции в почках. Данное явление служит защитной реакцией организма, но из-за продолжительного влияния возникает истощение регулирующих систем. В конце концов развиваются патологические изменения: мочекаменная болезнь, склероз, гипертония.

Наиболее простым способом умягчения воды является кипячение, в результате которого в осадок выпадают гидрокарбонаты кальция и магния и жесткость воды снижается. Величину снижения жесткости называют устранимой жесткостью. Однако избыточные количества хлоридов и сульфатов кальция и магния удалить из воды кипячением нельзя. Жесткость, обусловленная их присутствием, называется неустранимой. В этом случае умягчение воды проводят физико-химическими
методами (ионный обмен, обратный осмос и др.). Однако многие исследователи проблем минерального состава вод считают, что употреблять слишком мягкую воду
вредно.

Таблица 2

Классификация природных вод по величине жесткости

Жесткость, мг-экв/л	Группа воды
Менее 4	Мягкая
От 4 до 8	Умеренно жесткая
От 8 до 12	Жесткая
Более 12	Очень жесткая

Постоянно возрастает число сообщений об обратной зависимости между жесткостью воды и смертностью от сердечно-сосудистых заболеваний. Некоторые авторы полагают, что благотворное влияние на сердечно-сосудистую систему жестких вод обусловлено присутствием магния. При обследовании населения, употреблявшего воду с низким содержанием магния, обнаружены более высокая заболеваемость коронарной болезнью, а также случаи внезапной смерти по сравнению с районами, где население употребляет воду с нормальным содержанием магния. Содержание магния в миокарде у умерших от сердечных приступов было пониженным на 12-15%. Установлено, что каждые 2 мг-экв/л жесткости являются источником 6-7% общего поступления магния. При жесткости воды 7 мг-экв/л в организм поступает дополнительно 27% магния. В пользу роли «водного магния» свидетельствует лучшая его усвояемость из воды (до 60%), чем из пищи (30%). Поэтому роль магния жестких вод имеет существенное значение.

Помимо главных анионов и катионов, в состав природных вод входит около 70 других элементов. Их содержание в воде составляет менее 10 мг/л, и они относятся к группе микроэлементов. В природных водах микроэлементы находятся в виде ионов, молекул, коллоидных частиц, взвеси, входят в состав минеральных и органических комплексов и металлоорганических соединений.

Существуют следующие группы микроэлементов:

· типичные катионы — Li⁺, Rb⁺, Cs⁺, Ва²⁺, Sr²⁺ и др.;

· ионы тяжелых металлов — Cu²⁺, Ag⁺, Ni²⁺, Cd²⁺ и др.;

· комплексообразователи — Сг⁶⁺, Мо²⁺ и др.;

· анионы — I^-, F^-, Вг^- и др.;

· радиоактивные элементы.

Недостаток или избыток микроэлементов в почве и воде влияет на распространенность многих заболеваний. Причина этого заключается в высокой биологической активности микроэлементов, участвующих в различных видах обмена: белковом, жировом, углеводном, витаминном, минеральном, а также в газообмене, теплообмене, тканевом дыхании, тканевой проницаемости, клеточном дыхании. Микроэлементы влияют на активность ферментов, вступая в соединения с ферментами, они участвуют в различных биохимических превращениях. Именно поэтому недостаток или избыток поступающих из внешней среды микроэлементов может привести к возникновению эндемических заболеваний.

Состав природных вод по содержанию микроэлементов существенно меняется, что приводит к возникновению гидрохимических провинций. По А. П. Виноградову, к ним относятся области или районы, характеризующиеся повышенным или пониженным содержанием конкретных химических элементов, оказывающих влияние на живые организмы.

Дисбаланс некоторых микроэлементов именно в питьевой воде вызывает возникновение эндемических заболеваний. Для нашей страны к таким микроэлементам относятся фтор, йод, железо и стронций.

Фтор поступает в организм человека преимущественно с водой. Усвоение фтора из пищевых продуктов на 16-20% хуже, чем из воды. Поступая в организм человека, фтор соединяется с кальцинированной тканью и локализуется в костях и зубах. Это способствует увеличению плотности костей и уменьшению кариеса зубов. Фтор имеет очень узкий диапазон оптимальных концентраций, что связано с его негативным воздействием на организм человека как при недостатке, так и при избытке. Возникающие под воздействием фтора заболевания называются эндемическим флюорозом. Недостаточное поступление в организм фтора повышает растворимость зубной эмали, вызывает поражение зубов кариесом.

Избыточное поступление фтора в организм приводит к развитию другого заболевания — флюороза, связанного с накоплением фтора в волосах, зубах, костях выше нормы (норма — 53-78 мг/кг). Это провоцирует кариес зубов, изменения в скелете, известные как «мраморность» костной ткани. Одним из симптомов флюороза являются желтые пятна на зубах. Тяжелый флюороз приводит к замедлению роста, остеосклерозу, повреждению щитовидной железы и почек.

Рекомендуемый Всемирной организацией здравоохранения уровень содержания фтора в воде составляет 1,5 мг/л.

В России более 90% населения не получают фтор в оптимальном количестве. Повышенная его концентрация отмечается во многих регионах — фтороносные провинции расположены в массивах трещинных вод (Забайкалье, Приморье, Хабаровский край, Кольский полуостров), а также в классических артезианских бассейнах (Московском, Якутском, Предкавказском). Недостаточное для нормального существования человека количество фтора в воде зарегистрировано на территориях с влажным климатом и выщелоченными почвами (Полесье, таежные районы).

Железо. Серьезные проблемы со здоровьем людей возникают в связи с содержанием в питьевой воде железа. Дело в том, что железо — важнейший из жизненно необходимых микроэлементов, главная роль которого — обеспечение организма кислородом (96% железа находится в крови), участие во многих окислительно-восстановительных реакциях организма.

Как дефицит, так и избыток железа отрицательно влияет на здоровье человека. Низкая ПДК железа в воде (3 мг/л) объясняется не его биологическими свойствами, а органолептическими и техническими причинами. Оптимальный верхний порог для железа соответствует значительно большим концентрациям — 109 мг/л. Недостаток железа в организме приводит к железодефицитной анемии. Она проявляется в виде головокружения и головных болей, слабости, повышенной утомляемости, снижения памяти и концентрации внимания (трудно сосредоточиться), бледности кожных покровов, повышенной склонности к простудным и инфекционным заболеваниям, ломкости ногтей и костей, шумов в сердце, извращений вкуса, воспалений и атрофических изменений слизистой рта, носа, иммунодефицитных состояний.

Особенно актуальна проблема железодефицита в высокогорных районах.

Однако необходимо учитывать, что есть и другие причины дефицита железа: неадекватное питание (например, вегетарианство, недоедание, низкое потребление витаминов, в частности С, и др.), гормональные нарушения (дисфункция щитовидной железы), глистная инвазия, отравления (например, свинцом и ртутью), поступление железосвязывающих веществ извне (медикаменты, в том числе препараты фтора, антациды — средства для снижения кислотности) и их образование в организме при ряде заболеваний (опухоли, ревматизм, дисбактериоз, гастрит с пониженной кислотообразующей функцией).

Причинами дефицита железа у взрослых может быть также потребление крепкого чая, кровопотери, вызванные операцией, геморроем, язвенной болезнью либо донорством. У женщин причиной дефицита железа могут явиться обильные менструации, фиброзно-кистозные образования в органах малого таза и грудных железах.

Население многих населенных пунктов использует воду с повышенным содержанием железа, что может привести к развитию сидероза, который характеризуется повышенной возбудимостью ЦНС, часто — агрессивностью, нарушением концентрации внимания. Крайнее проявление избытка железа — гемохроматоз. Это заболевание, при котором поражается система кроветворения, печень и селезенка.

Йод. 60% населения России проживает в районах с дефицитом йода. Это территории ряда районов центра европейской части России, Верхнего и Среднего Поволжья, Урала, Сибири, Северного Кавказа.

Самым распространенным проявлением йодной недостаточности является зоб: в процессе адаптации организма к недостаточному поступлению йода происходит увеличение массы щитовидной железы. В последующем эндемический зоб является благодатной почвой для развития более тяжелых заболеваний щитовидной железы (узлового и многоузлового зоба). Особенно быстро зобная болезнь развивается при низком содержании в почве кобальта, меди, хрома, молибдена и марганца.

Йод является жизненно важным химическим элементом, обязательным структурным компонентом тиреотропного гормона и тиреоидных гормонов щитовидной железы.

К числу основных функций йода в организме относятся: участие в регуляции скорости биохимических реакций в организме; участие в регуляции обмена энергии, температуры тела; участие в реакции белкового, жирового, водно-электролитного обмена, регуляция обмена некоторых витаминов, индукция повышения потребления кислорода тканями.

Существует целый ряд заболеваний, представляющих серьезную опасность для здоровья миллионов людей, проживающих в йододефицитных районах. Поступление с водой и пищей менее 10 мкг/день йода приводит к развитию йододефицитных заболеваний (эндемический зоб, гипотиреоз, дистериоз, кретинизм и др.), сопровождающихся многообразными функциональными и структурными нарушениями.

В эндемичных по зобу районах происходит ухудшение репродуктивного здоровья девушек, молодых женщин, что проявляется бесплодием, самопроизвольными абортами, токсикозами, послеродовыми кровотечениями, угрожающими не только здоровью, но и жизни.

Дети, имеющие увеличенную щитовидную железу, страдают и другими заболеваниями эндокринной системы, расстройством питания, нарушением обмена веществ и иммунитета, болезнями органов дыхания и костно-мышечной систем. На фоне йодной недостаточности могут происходить нарушения в формировании мозга ребенка, что проявляется снижением интеллекта, доходящим в некоторых случаях до тяжелых форм эндемического кретинизма. Недостаток йода и тиреоидных гормонов тем опаснее, чем младше ребенок.

В связи с тем, что эндемическим заболеванием, связанным с дефицитом йода, в мире поражены более 800 млн человек, термин «зоб» было решено заменить термином «йододефицитные заболевания».

Недостаток элементов, поступающих в организм человека с водой или пищей, легко компенсировать, вводя в пищу соответствующие добавки. Так, фторирование воды в центральных районах Москвы дало снижение уровня заболеваний зубов на 20%, йодирование пищевой соли сводит на нет риск появления эндемического зоба и т. д. В то же время ослабить влияние избытка какого-либо элемента практически невозможно. В Читинской и Амурской областях России встречается болезнь Кашина-Бека, или уровская болезнь (впервые она была обнаружена в 1884 г. у жителей с берегов р. Уров в Восточной Сибири). В появлении этого недуга основную роль играет повышенное содержание стронция в почве на фоне избыточного содержания фосфатов и марганца и дефицита кальция в рационе питания местного населения. Эта болезнь вызывает поражения костно-суставной системы, в результате чего у больного уменьшается длина тела, укорачиваются пальцы. У детей снижаются умственные способности, задерживается психическое развитие, страдает память. Все эти процессы связаны с вытеснением ионов кальция ионами стронция из костной ткани. В результате повышается ломкость костей, развивается остеопороз. ПДК стронция в воде равна 7 мг/л, однако в случае уровской болезни биологическое значение играет не столько избыток стронция в природной воде, сколько его баланс с кальцием. Болезнь возникает при малых значениях отношения Ca/Sr в природной среде (менее 100).

Мышьяк. Избыток мышьяка вызывает эндемический арсеноз, или болезнь «черной стопы», которая проявляется поражением периферических сосудов со спонтанной гангреной пальцев ног, стоп, пальцев рук. Показатель частоты распространенности этого заболевания увеличивается с возрастом и зависит от содержания мышьяка в воде и продолжительности потребления загрязненной воды. ПДК мышьяка в воде составляет 50 мкг/л. Вызванные мышьяком поражения периферических сосудов ног отмечались еще в конце XIX в. у виноградарей Силезии. Болезнь «черных стоп» известна на Тайване, где концентрации мышьяка в воде составляют 400-600 мкг/л, на севере Чили, где эти концентрации достигают 600 мг/л.

Питьевая вода из неглубоких артезианских колодцев в дельте р. Ганг (Индия) содержит до 2000 мкг/л мышьяка (т. е. превышает ПДК в 40 раз) и вызывает у местных жителей увеличение печени, селезенки, гиперпигментацию кожи, характерные для отравления мышьяком.

В Китае есть районы, в которых вода и почвы обогащены хромом, никелем и ванадием. У людей, проживающих в этих районах, очень часто встречается рак желудка.

Избыток селена в окружающей среде ведет к отравлениям, тогда как его недостаток приводит к появлению болезни Кешана, которая характеризуется появлением множества очагов некроза миокарда. В России это заболевание отмечалось в Забайкалье и на юго-западе Карелии.

Многие регионы отличаются низким содержанием селена в почвах: Северо-Запад России, Забайкалье, Иркутская область, Белоруссия, Прибалтика, Поволжье. Селен — жизненно важный ультрамикроэлемент, активно участвующий в регуляции антиоксидантной защиты организма, детоксикации токсинов в печени и питании мышц. Недостаточность селена чаще всего проявляется в виде заболеваний кожи, волос, ногтей, иммунодефицитных состояний, воспалительных заболеваний суставов, аллергозов, дистрофических изменений в миокарде и мышцах в целом, снижении белоксинтезирующей и дезинтоксикационной функции печени. Недостаточность селена также может отразиться на синтезе гормонов щитовидной железы, склонности к новообразованиям, катаракте, снижению остроты зрения, регенерации поврежденных тканей.

Горные породы — граниты и базальты являются источником естественной радиоактивности воды и почвы, связанной с содержанием в них радона. Обширные провинции радоновых вод, где содержание радона в воде превышает 100 Бк/л, характерны для Карельского перешейка и Карелии. Это повышает риск возникновения онкологических заболеваний у населения. И хотя в целом радоновая опасность изучается достаточно подробно, этого нельзя сказать об опасности, которая связана с радоновыми водами.

Также пока слабо изучено физиологическое влияние гидрохимических провинций с повышенным содержанием макрокомпонентов, т. е. различных соляных вод (хлористых, сульфатных, гидрокарбонатных). Сегодня известны лишь общие положения, в частности, что избыток солей нарушает водно-солевой обмен и сказывается на функции сердечно-сосудистой системы.

2. Приоритетные химические загрязнители питьевой воды

Выбор приоритетных загрязнителей воды согласно Международной программе по химической безопасности основывается на следующих критериях:

1. широкое распространение токсиканта в водоисточниках и питьевой воде;

2. возможное присутствие в питьевой воде в количествах, способных вызвать неблагоприятные изменения в состоянии здоровья у населения;

3. устойчивость токсического вещества к воздействию факторов среды, в том числе водной, возможность включения его в природные процессы циркуляции веществ и накопление в организме;

4. частота и тяжесть неблагоприятного воздействия токсического агента на человека, особенно в форме необратимых и длительно протекающих изменений в организме, сопровождающихся генетическими и канцерогенными эффектами;

5. трансформация химического соединения в воде и/или в организме человека, приводящая к образованию продуктов, имеющих большую токсичность и опасность, чем исходные вещества;

6. величина популяции, подверженной действию химического соединения.

По рекомендациям ВОЗ токсичные соединения, обнаруживаемые в питьевой воде, разделяют на две группы:

· вещества, концентрация которых зависит только от содержания их в водоисточниках и не меняется при прохождении водопроводно-распределительной системы (мышьяк, селен, ртуть, цианиды, фториды, сульфаты и др.);

· вещества, концентрации которых изменяются при прохождении водопроводной системы и связаны с вторичным загрязнением воды (алюминий, кадмий, хром, свинец, хлороформ, акриламид и др.).

Некоторые из этих веществ могут одновременно попадать в водоемы и со сточными водами, и из водопроводной системы (кадмий, хром, алюминий, свинец и др.).

В сутки человек потребляет от 1,5 до 2,5 л воды, поэтому для нормирования содержания токсичных веществ в питьевой воде используются величины предельного суточного поступления (ПСП) с питьевой водой.

ПСП — количество вещества в питьевой воде в пересчете на массу тела (мг/кг), которое может потребляться ежедневно на протяжении всей жизни человека без риска для здоровья.

Вещества природно-антропогенного происхождения

Алюминий. В результате действия на почву кислотных дождей происходит растворение природных алюмосиликатов и выщелачивание образующихся подвижных соединений алюминия в озерные и речные воды. В связи с этим в регионах, подверженных частому воздействию кислотных дождей, может возникнуть алюминиевая болезнь.

Другим источником загрязнений питьевой воды соединениями алюминия является вторичное ее загрязнение при очистке с целью устранения цветности и мутности (коагуляция). Присутствие алюминия в воде в концентрациях больше 0,3 мг/л свидетельствует о нарушении процесса очистки.

Алюминий обладает низкой токсичностью (ПДК = 0,5 мг/л; ПСП = 0,25 мг/кг), однако некоторые исследователи связывают воздействие этого элемента на человека с поражением мозга, характерным для болезни Альцгеймера, которая проявляется как старческий маразм: нарушение речи, провалы в памяти, помутнение рассудка. При нормально функционирующих почках накопление алюминия в мозговой ткани происходит медленно и болезнь не успевает проявиться из-за смерти человека по другим причинам (после 60 лет). Прямая связь между ионами алюминия и болезнью Альцгеймера признается не всеми медиками.

Признаками воздействия алюминия на ЦНС могут быть ухудшение памяти, нервозность, склонность к депрессии, трудности в обучении, гиперактивность. Избыточное накопление алюминия в организме может влиять на состояние опорно-двигательного аппарата (остеопороз, рахитоподобные состояния), почек (нефропатия, риск мочекаменной болезни). Отложение алюминия в тканях может вызвать в них фиброзные изменения. Токсичность алюминия во многом связана с его антагонизмом по отношению к кальцию и магнию, способностью влиять на функцию паращитовидных желез, легко образовывать соединения с белками, накапливаясь в почках, костной ткани, центральной нервной системе.

Отдаленные последствия воздействия алюминия на организм человека неизвестны.

Ртуть. В водоемы ртуть попадает из горных пород и почв. Содержание ртути в почве в зависимости от материнской породы колеблется от 0,02 до 0,3 мг/кг. В городах количество ртути в почве выше, что связано с наличием множества различных источников выбросов. Ртуть используется в производстве хлора и каустической соды, ацетальдегида (используется ртутный катод), при изготовлении электрического оборудования, люминесцентных ламп, приборов измерения и контроля (термометры и приборы для измерения давления). В сельском хозяйстве используют ртутьсодержащие пестициды. Попадая со стоками в водоемы, значительное количество ртути выпадает в донные отложения, где она может сохраняться десятки лет. Здесь под воздействием микроорганизмов ртутные соединения постепенно превращаются в органические (метилртуть), хорошо растворимые соединения, вторично загрязняющие воду и легко включающиеся в пищевые цепи.

Ртуть относят к опаснейшим, высокотоксичным веществам, кумулирующимся в организме человека. Токсичность ртути зависит от химической формы, в которой она попадает в организм. Металлическая ртуть (в жидком виде) при отдельном попадании в организм практически не токсична (в желудочно-кишечном тракте всасывается <0,01%). Органические соединения ртути, в основном метилртуть, проникают в кровь, кумулируются в эритроцитах и особенно в мозге. Полупериод биологического распада ртути составляет 70 дней, но иногда доходит до 190 дней и более.

ПДК в питьевой воде, мг/л:

· диэтилртуть — 0,0001;

· этилмеркурхлорид — 0,0001;

· неорганические соединения ртути — 0,0005.

При остром отравлении ртутью поражаются почки и слизистая желудочно-кишечного тракта, при этом наблюдается рвота, острые боли, которые могут привести к коллапсу и смерти.

Хронические отравления ртутью (микромеркуриализм) характеризуются поражением центральной и вегетативной нервной системы, печени и выделительных органов (почки, кишечник). При этом отмечается головная боль, быстрая утомляемость, ослабление памяти, апатия, ухудшение аппетита. При более тяжелом отравлении наблюдается сужение поля зрения, атаксическая походка, расстройство эмоциональной сферы. Ртуть оказывает также гонадо- и эмбриотоксическое, тератогенное и мутагенное действие.

Мышьяк. Мышьяк наиболее часто встречается в питьевой воде в биогеохимических провинциях. Другие источники — мышьяксодержащие пестициды и промышленные стоки. В основном мышьяк применяется в сельском хозяйстве и родственных областях. Гербициды, фунгициды, инсектициды, разнообразные консерванты — все они могут содержать мышьяк. К важнейшим сельскохозяйственным ядохимикатам относятся арсенат свинца (один из источников загрязнения табака свинцом и мышьяком), арсенат меди, двойная соль ацетата меди и арсенита меди («парижская зелень»), арсенат натрия и какодиловая кислота. Некоторые из них уже запрещены.

Мышьяк присутствует почти во всех пресных водах в виде иона AsO₂^-.

Он относится к канцерогенам 1-й группы. ПДК = 0,05 мг/л; ПСП = 0,002 мг/кг.

Хотя сам мышьяк нерастворим в воде, некоторые из его соединений имеют хорошую растворимость. Наибольшую опасность представляют трехвалентные соединения мышьяка. Неорганические соединения мышьяка более токсичны, чем органические, которые не претерпевают в организме существенных изменений и в основном выводятся почками в первоначальном виде.

Мышьяк поражает центральную нервную систему, что проявляется в депрессии, интеллектуальных и речевых расстройствах, нарушении вкуса и обоняния.

В начальный период интоксикации наблюдается тошнота, потеря аппетита, повышенная ломкость ногтей и поперечные белые полосы на них — линии Мееса, выпадение волос. Чаще всего отравления происходят при попадании в организм оксида трехвалентного мышьяка (летальная доза 70-180 мг). Хроническое отравление мышьяком приводит к потере аппетита и снижению веса, желудочно-кишечным расстройствам, периферическим неврозам, конъюнктивиту, гиперкератозу и меланоме кожи, которая нередко переходит в рак. Воздействие на человека в течение всей жизни воды с концентрацией 0,2 мг/л дает 5%-ный риск развития рака кожи. Так, высокая частота возникновения рака кожи была отмечена в некоторых районах Великобритании, где в питьевой воде содержалось около 12 мг/л мышьяка.

Фтор и его соединения. Фтористые соединения в повышенных концентрациях характерны только для определенных регионов, в которых грунтовые воды на своем пути проходят через фтористые апатиты или другие фторсодержащие минералы. Фтористые соединения используются при производстве стекла, где для травления применяют плавиковую кислоту HF; при производстве алюминия из оксида алюминия, где в качестве среды используют минерал криолит Na₃[AlF₆]. Со сточными водами таких предприятий соединения фтора попадают в водоисточники.

ПДК фторидов в воде 0,7-1,5 мг/л. Агрессивное действие фтора связано с нарушением кальциевого обмена. Отдаленные последствия при воздействии фторидов на организм человека отсутствуют.

Вещества антропогенного происхождения

По данным ООН, в мире выпускается до 1 млн наименований ранее не существовавшей продукции в год, в том числе до 100 тыс. химических соединений, из которых около 15 тыс. являются потенциальными токсикантами. Считается, что до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду, рано или поздно попадут в природную воду с промышленными, бытовыми или ливневыми стоками.

Кадмий. 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. В питьевой водопроводной воде уровни содержания кадмия не превышают 1 мкг/л, однако в подземных водах они иногда достигают 10 мкг/л, причем доля поступления этого элемента с водой не превышает 10% . Поэтому питьевая вода не считается главным источником воздействия кадмия. Допустимая суточная доза для кадмия считается 70 мкг.

Кадмий — канцероген группы 2А. ПДК = 0,001 мг/л; ПСП = 0,001 мг/кг.

Его относят к числу сильно ядовитых веществ. Смертельная доза для человека составляет 150 мг/кг. Кадмий транспортируется кровью, накапливается в печени и почках. Полупериод биологической жизни очень большой — около 40 лет.

Острая интоксикация проявляется тошнотой, рвотой, спазмами в животе, в тяжелых случаях — диареей и шоком. При хронических отравлениях кадмием наблюдаются изменения в костях (остеопороз), поражение почек (протеинурия и почечно-каменная болезнь) и признаки анемии.

Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием считается болезнь Иmaй-Итай (Бери-Бери или Ох- Ох). Впервые это заболевание было обнаружено в 1946 г. у женщин старше 45 лет в г. Фуху в Японии. Кадмий в их организм попадал с рисом, выращенным на полях, орошавшихся водой из реки, в которую кадмий попадал из рудника, расположенного выше по течению. Болезнь характеризуется деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненными явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Это объясняется особенностями кадмиевого обмена — способностью интенсивно взаимодействовать с другими двухвалентными металлами, прежде всего с кальцием. Содержание кальция в организме понижено у женщин, имевших много беременностей, и в климактерическом периоде, что и объясняет их предрасположенность к болезни Итай-Итай.

Таким образом, при хроническом действии кадмия на организм человека нарушается минеральный состав костей и поражаются почки.

Хром. Источником попадания хрома в водоисточники могут быть сточные воды кожевенных, обувных, лакокрасочных предприятий, гальванические стоки машиностроительных предприятий, а также контакт воды с хромированной водопроводной арматурой и загрязнение ее хроматами, используемыми как ингибиторы коррозии. В воде хром обычно находится в виде иона СгО₄^2-.

Шестивалентный хром — канцероген 1-й группы, мутаген. ПДК_Сг⁺⁶ = 0,05 мг/л; ПСП = 0,016 мг/кг; ПДК_Сг⁺³ = 0,5 мг/л.

Шестивалентный хром поражает печень, почки и желудочно-кишечный тракт и в больших количествах способствует развитию гепатитов, гастритов, астено-невротических расстройств и увеличивает риск новообразований.

Однако в естественных условиях шестивалентный хром встречается редко, так как легко восстанавливается (под действием желудочного сока) до трехвалентного состояния. Трехвалентный хром малотоксичен и даже используется для профилактики некоторых форм диабета и атеросклероза, так как участвует в регуляции углеводного и жирового обмена и деятельности сердечной мышцы. Так, у людей, проживающих в районах, где атеросклероз встречается редко или практически отсутствует, отмечается тенденция к более высоким уровням содержания хрома в тканях, чем у жителей регионов, в которых это заболевание эндемично.

Отличить соединения трехвалентного хрома от шестивалентного просто: все шестивалентные соединения имеют интенсивную красную или оранжевую окраску, а трехвалентные соединения окрашены в холодные цвета — зеленый, синий, голубой.

В целом отсутствуют весомые доказательства того, что при современных условиях непрофессионального воздействия хрома существует какая-либо опасность для здоровья.

Нитриты и нитраты. Большинство нитратов появляются в питьевой воде от загрязнения подземных вод сельскохозяйственными удобрениями, сточными водами животноводческих ферм, хозяйственно-бытовыми водами, а также при озонировании воды, содержащей аммиак.

ПДК нитратов (NO₃^-) составляет 4,5 мг/л; нитритов (NO₂^-) — 3,0 мг/л.

Питьевая вода, содержащая высокие концентрации нитратов и нитритов, несет две опасности для здоровья: появление метгемоглобинемии и потенциальное образование канцерогенных нитрозаминов.

Нитриты нарушают кислородпереносящую функцию крови. Особенно эта проблема существенна для младенцев в первые месяцы жизни (синдром «синих детей»). Токсичность нитратов связана с их переходом в нитриты в результате деятельности кишечных бактерий.

У новорожденных случаи метгемоглобинемии связаны в основном с поступлением воды из домашних колодцев, расположенных вблизи сельскохозяйственных полей. Помимо метгемоглобинемии, поступление нитратов в организм ребенка приводит к увеличению заболеваемости ОРЗ, пневмонией, гриппом, инфекциями кожи.

Фенол. Фенол (или карболовая кислота (С₆Н₅ОН) является ценным продуктом органического синтеза. Его используют для производства красителей, полимеров, лекарственных препаратов, взрывчатых веществ и т. д. Также его используют как антисептик.

Основной путь поступления фенолов в организм человека — с водой. Особенно высокий уровень фенола в воде регистрируется в результате аварий на производстве.

Фенол поражает нервную систему, слизистую оболочку рта, носоглотки, верхних дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта. В результате этого появляются насморк, рвота, головные боли. Фенол быстро всасывается через кожу, дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт и концентрируется затем в почках и печени. У людей, потреблявших загрязненную фенолом воду (до 240 г фенола на человека в день), отмечались жжение в горле, язвы в полости рта, желудочно-кишечные кровотечения.

Предельная доза поступления фенола для взрослого человека определена в 100 мкг/кг тела в день.

ПДК фенола в воде водоемов санитарно-бытового назначения 1 мкг/л (по органолептическому показателю).

Нефть и нефтепродукты. Места добычи нефти во многих регионах расположены вблизи источников водоснабжения, поэтому жители нефтедобывающих районов вынуждены использовать речную воду с повышенной концентрацией нефтепродуктов. В некоторых районах мира встречаются природные отложения битума и асфальта.

Сырая нефть является сложной смесью парафиновых, циклопарафиновых, ароматических и полициклических ароматических углеводородов с прямыми и разветвленными цепями, содержащими также небольшие количества серы и азота. Состав сырой нефти существенно варьируется в зависимости от географического происхождения. В зависимости от количества серы нефти подразделяют на несернистые (с содержанием серы до 0,2%), малосернистые (0,2-1,0%), сернистые (1,0-3,0%) и высокосернистые (более 3,0%). Нефть содержит большое количество (до 20%) высокомолекулярных соединений: нефтяных смол и асфальтенов. От 16 до 19% в структуре нефти составляют ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы).

Сырая нефть обладает нефротоксическими и мутагенными свойствами.

ПДК многосернистой нефти в воде составляет 0,1 мг/л, других видов нефти — 0,3 мг/л.

Наибольший вклад в токсичность нефти вносят ароматические углеводороды — бензол, толуол и ксилолы.

Порог ощущения запаха бензола в воде — 0,5 мг/л при 20°С. Мясо рыб приобретает неприятный запах при концентрации бензола в воде, равной 10 мг/л. Бензол вызывает преимущественное поражение костного мозга и центральной нервной системы, способствует развитию лейкоза. ПДК бензола в питьевой воде составляет 0,01 мг/л (санитарно-токсикологический показатель вредности).

Порог ощущения запаха толуола в воде — 0,67 мг/л, хлорирование не уничтожает запаха. Толуол относится к ядам общетоксического действия. Он обладает раздражающим эффектом (сильнее, чем бензол), опасен при проникновении даже через неповрежденную кожу. Он вызывает эндокринные нарушения и снижает работоспособность. ПДК толуола в воде водоисточников составляет 0,5 мг/л (органолептический показатель вредности).

Порог ощущения запаха ксилолов в воде составляет 0,088 мг/л. Пороговая концентрация по привкусу равна 0,2 мг/л. Ксилолы обладают раздражающим и эмбриотропным действием, нарушают процессы репродукции и опасны при проникновении через кожу.

ПДК ксилола в воде водоисточников составляет 0,05 мг/л (органолептический показатель вредности).

Пестициды. Пестициды — собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности и во многих других случаях. В наибольших масштабах пестициды применяют в сельском хозяйстве для борьбы с членистоногими (инсектициды и акарициды), нематодами (нематоциды), грибными (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями растений и животных, а также для борьбы с сорняками (гербициды). К пестицидам относятся также регуляторы роста растений (ретарданты), используемые для борьбы с полеганием различных культур, для дефолиации (удаления листьев) и десикации (подсушивания растений на корню), чтобы обеспечить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи.

Опасность применения пестицидов может быть связана с наличием их остатков в пищевых продуктах, с загрязнением водоемов, почвы и других объектов. Так, в районах поверхностных источников питьевого водоснабжения повышенное содержание пестицидов обнаружено в 1% проб.

Для уменьшения опасности воздействия на человека и окружающую среду к современным пестицидам разработаны следующие требования:

1. низкая острая токсичность для человека, для полезных животных и других объектов окружающей среды;

2. отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия;

3. низкая устойчивость в окружающей среде (время разложения пестицида составляет не более одного вегетационного периода).

Большинство современных пестицидов безопаснее поваренной соли. Например, ЛД₅₀ поваренной соли — 3750 мг/кг, а гербицидов — производных сульфонилмочевины — 5000 мг/кг.

Вещества, обусловленные прохождением через водопроводно-распределительную систему

Свинец. Основным источником загрязнения питьевой воды свинцом является сама распределительная водопроводная система, где он находится в трубах, припоях, арматуре. Содержание свинца в питьевой воде особенно высоко, если вода употребляется из водопроводного крана без слива первых 100 мл, находящихся в непосредственном контакте с латунными вентилями.

Другими источниками свинца в воде являются стоки с загрязненных территорий, особенно в населенных пунктах, расположенных вблизи плавильных производств и автострад; сточные воды предприятий по производству аккумуляторов, красок (свинцовые белила, свинцовый сурик), глазури для гончарных изделий, хрусталя и др. Однако с питьевой водой в организм человека поступает не более 10% свинца, 70-85% — поступает с пищей, а 2-25% — из атмосферного воздуха.

В воде свинец обычно находится в виде иона РЬ²⁺. Он является возможным канцерогеном группы 2В. ПДК = 0,03 мг/л; ПСП = 0,0035 мг/кг.

Отравления свинцом известны еще с античных времен как сатурнизм или плюмбизм — поражение ЦНС и периферической нервной системы.

Механизм токсического действия свинца, как и других тяжелых металлов, заключается в блокировании функциональных SH-групп белков.

При свинцовом токсикозе поражаются в первую очередь органы кроветворения, нервная система и почки. Наблюдаются общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный вкус во рту, тремор конечностей, потеря аппетита, уменьшение массы тела, боль в животе, признаки анемии. Отмечено снижение умственных способностей.

Попадая в организм, свинец депонируется во многих органах в виде нерастворимого трехосновного фосфата свинца. Большая часть свинца накапливается в скелете, что объясняют его способностью вытеснять соли кальция из костной ткани. Кроме того, свинец депонируется в мышцах, печени, почках. Небольшие его количества находятся в селезенке, головном мозге, миокарде и лимфатических узлах.

Из депо свинец выделяется медленно, полупериод его жизни в организме (время, необходимое для снижения вдвое содержания накопившегося в организме свинца): для организма в целом — 5 лет; в мягких тканях — 21 день; в скелете — 20 лет.

Однако под влиянием некоторых факторов (употребление алкоголя, травмы, перегрев, изменение пищевого режима и др.) может наблюдаться интенсивное выделение свинца из депо вследствие перехода его нерастворимых соединений в растворимые формы. Это способствует повышению концентрации свинца в крови и обострению интоксикации.

Основная часть свинца (до 90%) выводится из организма через кишечник. Остальное количество удаляется через почки, а также с потом и грудным молоком.

Необходимо отметить, что в водных системах, как и ртуть, свинец способен к биометилированию. В результате образуется тетраметилсвинец. Водные растения хорошо аккумулируют свинец. Иногда фитопланктон удерживает его с коэффициентом концентрирования до 10⁵, как и ртуть. В рыбе свинец накапливается незначительно, поэтому для человека в этом звене трофической цепи он относительно мало опасен. Метилированные соединения в рыбе в обычных условиях содержания водоемов обнаруживаются довольно редко. В регионах с промышленными выбросами накопление тетраметилсвинца в тканях рыб протекает эффективно и быстро — острое и хроническое воздействие свинца наступает при уровне загрязненности 0,1-0,5 мкг/л.

Хлорорганические вещества. К ним относятся хлороформ, дихлорметан, бромдихлорметан и др. Основным источником попадания этих веществ в питьевую воду является избыточное хлорирование воды. Другие источники: хлорсодержащие стоки от целлюлозно-бумажных комбинатов, предприятий химической промышленности, муниципальные стоки, сельскохозяйственные отходы, опасные свалки и др.

На долю хлороформа приходится 80% от образующихся в воде хлорорганических веществ. Это вещество с отчетливым сладковатым запахом, потенциальный канцероген для человека — группа 2В. ПДК в воде составляет 0,2 мг/л; ПСП — 0,015 мг/кг.

При хлорировании воды хлороформ образуется за счет взаимодействия свободного хлора с органическими соединениями природного и антропогенного происхождения. Поэтому сравнительная оценка вреда и пользы от хлорирования воды является весьма сложной проблемой.

Другие хлорорганические вещества в основном схожи с хлороформом по токсикологическому действию. Они легко всасываются в желудочно-кишечном тракте, при длительном поступлении вызывая повреждения печени и почек.

До настоящего времени вопрос о том, вызывается ли рак у людей в результате длительного использования хлорированной воды, остается открытым. Некоторые люди выпивают большое количество воды из-под крана, другие пьют кипяченую воду или домашние напитки. Рак относится к отдаленным последствиям воздействия на организм, и его развитие требует определенного периода. Поэтому получить достоверные данные о влиянии продуктов хлорирования на возникновение онкологических заболеваний — непростая задача.

Формальдегид. Основными источниками появления формальдегида в питьевой воде является его миграция из пластмассовой аппаратуры и окисление природных органических веществ во время озонирования.

В озонированной питьевой воде определяются концентрации формальдегида до 30 мкг/л при ПДК, равной 0,05 мг/л, и ПСП 0,01 мг/кг. Несмотря на то, что формальдегид при ингаляционном воздействии является возможным канцерогеном для человека (группа 2В), он не проявляет такой активности при пероральном поступлении в организм к теплокровным животным. Формальдегид — яд общетоксического действия: поражает печень, почки, ЦНС.

Акриламид. Основными источниками попадания акриламида в питьевую воду являются обработка воды при очистке полиакриламидом, который используют как флокулянт, и применение акриламида в качестве цементирующего агента при строительстве плотин, колодцев, резервуаров для воды.

По классификации МАИР акриламид относится к группе 2В. Установлено, что при длительном пероральном поступлении акриламид вызывал у экспериментальных животных опухоли матки, молочной и щитовидной желез.

Акриламид способен повреждать половые клетки, нарушать репродуктивную функцию, индуцировать генные мутации. Его действие проявляется в виде мышечной слабости, парестезии, неустойчивости при ходьбе и положении стоя. Отмечается также повышенная утомляемость и сонливость, ослабление памяти и головокружения.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Что понимают под качеством питьевой воды?

2. Какие химические вещества в питьевой воде относят к жизненно необходимым?

3. Какие заболевания возникают в гидрохимических провинциях?

4. На каких критериях основан выбор приоритетных загрязнителей воды?

5. Присутствие каких веществ в воде обусловлено природно-антропогенными факторами?

6. Присутствие каких веществ в воде обусловлено преимущественно антропогенными факторами?

7. Присутствие каких веществ в воде обусловлено преимущественно прохождением водопроводно-распределительной системы?