Качество воды и здоровье

Дата создания: 2013/12/12

Автор: Федорчук Дмитрий

Забота о получении достаточного количества воды, пригодной для питья и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения, не оставляет человечество на протяжении всего его существования. При водоснабжении городов и большей части промышленных предприятий 90% воды, сбрасывается обратно в реки и водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами хозяйства. С ростом городского населения и развитием канализации загрязнение рек и водоемов стало приобретать глобальные масштабы.

Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. Эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастера и Р. Коха позволили установить, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Изменение химического состава воды является причиной заболеваний неинфекционной природы. Анализ эпидемиологических данных и факторов риска питьевой воды свидетельствует о влиянии химического загрязнения питьевой воды на уровень состояния здоровья населения, в том числе на такие показатели, как общая и первичная заболеваемость детей и взрослых, болезни органов пищеварения, инфекционная заболеваемость. Рассматривая самостоятельно медико-биологическое значение отдельных факторов окружающей среды, необходимо отметить, что загрязнение питьевой воды в последние годы стало повсеместным фактором риска в большинстве городов и районов области.

Проблема качества питьевой воды в настоящее время в Кемеровской области является предметом особого внимания общественности, органов власти, а также санитарной службы. Необходимость решения этой проблемы в ближайшее время обусловлена практически повсеместным ухудшением состояния водоисточников, техническими трудностями получения питьевой воды, соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам, что несет в себе потенциальную угрозу ухудшения здоровья населения.

Для большинства водоемов, используемых в качестве источников централизованного питьевого водоснабжения крупных городов, характерна повышенная цветность, окисляемость воды и биохимическая потребность в кислороде, значительное содержание алюминия, марганца, нефтепродуктов, органических веществ, некоторых металлов 2 класса опасности (Cd, Pd, As и др.). Анализ данных мониторинга за качеством питьевой воды показывает, что свыше 75% населения (2,5 млн человек) обеспечивается водой из централизованных систем водоснабжения; из них около 1,5 млн. человек потребляют воду, не соответствующую стандарту по органолептическим показателям, поскольку более 60% водопроводов находятся практически в аварийном состоянии. Еще около полумиллиона человек использует для питьевых целей воду нецентрализованных источников (колодцы, родники, одиночные скважины), качество которой не соответствует гигиеническим требованиям. Территории с разным уровнем промышленной освоенности и численностью населения оказывают различное воздействие на качество воды. Можно предположить, что чем выше уровень промышленного загрязнения тем хуже качество воды в водозаборах. А поскольку качество питьевой воды сказывается на уровне здоровья населения, то мы можем предположить, что чем выше уровень загрязнения, тем выше уровень заболеваемости населения.

Методы исследования и оборудование

Прозрачность

Прозрачность воды зависит от нескольких факторов: количества взвешенных частиц или, глины, песка, микроорганизмов, от содержания химических веществ. Прозрачность характеризуется предельной глубиной, на которой ещё виден специально опускаемый белый диск диаметром около 20 см. Мерой прозрачности может служить так же высота столба воды (в см), при которой можно различить на белой бумаге стандартный шрифт с высотой букв 3,5 см. Воду хорошо перемешивают и наливают в высокий цилиндр с внутренним диаметром 2,5 см и дном из плоско отшлифованного стекла. Цилиндр устанавливают неподвижно над стандартным шрифтом на высоте 4 см. Просматривая шрифт сверху через столб воды и сливая и доливая воду в цилиндр, находят высоту столба воды, еще позволяющую читать шрифт.

Запах

Запах воды обусловлен наличием в ней пахнущих веществ, которые попадают в нее естественным путем и со сточными водами. 100 мл исследуемой воды при комнатной температуре наливают в колбу вместимостью 150-200 мл с широким горлом. Накрывают часовым стеклом или притертой пробкой, встряхивают вращательным движением, открывают пробку или сдвигают часовое стекло и быстро определяют характер и интенсивность запаха. Затем колбу нагревают до 60°С на водяной бане и также оценивают запах. По характеру запахи делятся на две группы:

  • Запахи естественного происхождения (от живущих в воде и отмерших организмов, от влияния почв и т.п.) находят по классификации:
    • ароматический - огуречный, цветочный;
    • болотный - илистый, тинистый;
    • гнилостный - фекальный, сточной воды;
    • древесный - мокрой щепы, древесной коры;
    • землистый - прелый, свежевспаханной земли, глинистый;
    • плесневелый - затхлый, застойный;
    • рыбный - рыбы, рыбьего жира;
    • сероводородный - тухлых яиц;
    • травянистый - скошенной травы,сена;
    • неопределенный - не подходящее под предыдущие определения.
  • Запахи искусственного происхождения (от промышленных выбросов, для питьевой воды – от обработки воды реагентами на водопроводных сооружениях и т.п.) называются по соответствующим веществам: хлорфенольный, камфорный, бензиновый, хлорный и т.п.

Интенсивность запаха также оценивается при 20° и 60° по 5–бальной системе:

  • 0 (никакой) - отсутствие ощутимого запаха;
  • 1 (очень слабая) - запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем;
  • 2 (слабая) - запах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый, если на него обратить внимание;
  • 3 (заметная) - запах, легко обнаруживаемый и дающий повод относиться к воде с неодобрением;
  • 4 (отчетливая) - запах, обращающий на себя внимание и делающий воду не пригодной для питья;
  • 5 (очень сильная) - запах, настолько сильный, что вода непригодна.

Цветность

Наливаются исследуемые пробы в стеклянные цилиндры и рассматривается вода на фоне бело листа бумаги при дневном освещении сверху и сбоку. Оценивается цветность (светло-желтая, бурая и т.д.). При отсутствии окраски вода считается бесцветной.

Содержание взвешенных частиц

Этот показатель качества воды определяют путем фильтрования определенного объема воды через бумажный фильтр и последующего высушивания осадка на фильтре в сушильном шкафу до постоянной массы. Для анализа берут 500-1000 мл воды. Фильтр перед работой взвешивают. После фильтрования осадок с фильтром высушивают до постоянной массы при 105С, охлаждают в эксикаторе и взвешивают.

Сухой остаток

Сухим остатком называют остаток, полученный после выпаривания отфильтрованной пробы воды и высушенной до постоянной массы при 110-120° С. Сухой остаток характеризует содержание минеральных и частично органических примесей, образующих с водой истинные и коллоидные растворы. Чтобы получить осадок около 100 мг, берут 1 л анализируемой; профильтрованной воды, помещают порцию воды в предварительно взвешенную фарфоровую чашку и выпаривают на электроплитке (не доводя до кипения), добавляя воду по мере испарения воды в чашке. Воду в чашке выпаривают досуха. Чашку с сухим остатком помещают в сушильный шкаф, нагретый до 110.° С, и высушивают до постоянной массы.

Жесткость воды, концентрация карбонат- и гидрокарбонат- ионов

Различают общую, временную и постоянную жёсткость воды.

Общая жёсткость обусловлена главным образом присутствием растворённых соединений кальция и магния в воде. Временная жёсткость иначе называется устранимой или карбонатной. Она обусловлена наличием гидрокарбонатов кальция и магния. Постоянная (некарбонатная) жесткость вызвана присутствием других растворимых солей кальция и магния. Общая жесткость варьируется в широких пределах в зависимости от типа пород и почв, слагающих бассейн водосбора, а также от сезона года. Величина общей жесткости в источниках централизованного водоснабжения допускается до 7 ммоль экв./л, в отдельных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы – до 10 ммоль экв./л.При жесткости до 4 ммоль экв./л вода считается мягкой; 4-8 ммоль экв./л – средней жесткости; 8-12 ммоль экв./л – жесткой; более 12 ммоль экв./л – очень жесткой.

Определение карбонат-ионов, жесткости воды и расчёт концентрации карбонат- и гидрокарбонат- ионов

В склянку наливают 10 мл анализируемой воды, добавляют 5-6 капель фенолфталеина. Если при этом окраска не появляется, то считается, что ионы постоянной жесткости ионы Mg, Na, K в пробе отсутствуют. В случае возникновения розовой окраски пробу титруют 0,05 н. Раствором соляной кислоты до обесцвечивания. Затем в этой же пробе определяют концентрацию гидрокарбонат-ионов. К пробе добавляют 1-2 капли метилового оранжевого. При этом проба приобретает жёлтую окраску. Раствором 0,05 н соляной кислоты титруют пробу до перехода жёлтой окраски в розовую.

Качественное определение хлорид-ионов

В пробирку отбирают 5 мл исследуемой воды и добавляют 3 капли 10%-ного раствора нитрата серебра. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению, Мг/л:

  • опалесценция или слабая муть – 1-10;
  • сильная муть – 10-50;
  • образуются хлопья, но осаждаются не сразу - 50-100;
  • белый объемистый осадок – более 100.

Определение сульфат ионов

Концентрация сульфатов в воде водоёмов - источников водоснабжения допускается до 500 мг/л. содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и др. В северных водоемах сульфатов обычно немного; в южных, где воды более минерализованы, содержание сульфатов увеличивается. Сульфаты попадают в водоемы также со сбросами сточных вод

Качественное определение сулъфат-ионов

В пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, 0,5 мл раствора соляной кислоты (1:5) и 2 мл 5%-ного раствора хлорида бария, перемешивают. По характеру выпавшего осадка определяют ориентировочное содержание сульфатов: при отсутствии мути - концентрация сульфат-ионов менее 5 мг/л при слабой мути, появляющейся не сразу, а через несколько минут -5-10 мг/л ; при слабой мути, появляющейся сразу после добавления хлорида бария, - 10-100 мг/л; сильная, быстро оседающая муть свидетельствует о достаточно высоком содержании сульфат-ионов (более 100 мг/л).

Определение карбонат-ионов

В пробирку вносят 10 мл используемой воды и приливают пипеткой несколько капель 10%-ного раствора соляной кислоты. Образующийся по реакции оксид углерода (IV) выделяется в виде пузырьков. По интенсивности их выделения судят о более или менее значительном содержании карбонатов.

Исследование активности амилазы

Индикатором активности фермента является изменение окраски раствора йода. Для проведения этого опыта берем: 11 чистых пробирок в штативе, раствор крахмала, раствор йода, раствор амилазы (конц. слюна + 10мл. дистиллированной воды), загрязнители. Нужно взять пробирки и нанести на них на равном расстоянии по 3 метки. В пробирку 1 (контрольную) последовательно наливаются до I метки раствор амилазы, до II – воду, до III – раствор крахмала. В пробирки 2 – 11 (опытные) наливают до I метки раствор амилазы, до II – раствор химического соединения или осадки, до III – раствор крахмала. Пробирки оставляют в штативе на 20 минут при комнатной температуре. По истечении времени во все пробирки добавляют по 2 капли раствора йода; растворы перемешивают.

Биоиндикация загрязнений

Кресс-салат отличается быстрым и почти стопроцентным прорастанием, которое заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Он рекомендуется для исследования почвы на вредные вещества (соль, применяемая для таяния льда, свинцовые соли) и для определения загрязнения воздуха, например, выхлопными газами.

Зависимость уровня загрязнения от географического положения

Куйбышевский административный район расположен в юго-западной части города. Поселок Подобасс – расположен к югу от г. Новокузнецка в 15 километрах от г. Мыски. Физико-географические условия обеих территорий характерны для южной части Кузнецкой котловины, однако уровень загрязнения воздуха в районах сильно отличается, что очень заметно по цвету снегового покрова. Обе исследуемые территории расположены в долине реки Томи и ее притоков, рельеф – котловинный, перепад высот земной поверхности достигает 250м. В связи с этим создаются неблагоприятные условия для рассеивания вредных веществ в атмосфере, особенно во время штилевых ситуаций, повторяемость которых в период зимних морозов составляет 20-30% дней в сезон.

С севера района располагается Кузнецкий Металлургический комбинат, практически в центре района – Кузнецкий Машиностроительный Завод производственные котельные КМЗ и ТЭЦ КМК, автотранспортный цех КМК. Вдоль всего района проходит автомагистрали с высокой интенсивностью автомобильного движения: пос. Загорский – пос. Бунгур – ул.Димитрова ул. Рудокопровая – ул. Куйбышева, ул. Курако и железно – дорожная магистраль Новокузнецк – Новосибирск. На территории района проживает 94 тысячи человек. При доменном, металлургическом и кузнечно – прессовым производствах КМК и КМЗ в воздух выбрасываются пыль, оксиды азота, сероводород, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы соединения ртути и мышьяка. При сжигании угля в котельных и ТЭЦ в воздух вместе с дымовыми газами выбрасываются оксиды углерода, азота, сернистый ангидрид, зола углей, а от работающих автомобильных двигателей – оксиды углерода, азота, сажа, углеводороды, пары свинца, сернистый ангидрид, и это далеко не весь перечень веществ, поступающих в воздух в района.

Поселок Подобасс расположен на расстоянии 4,5 км от Томусинской ГРЭС и 1,5 от углеобогатительной фабрики (ЦОФ). Вдоль юго-восточной окраины поселка проходит автомагистраль Новокузнецк-Междуреченск. В поселке отсутствует централизованная канализационная система и широко распространено печное отопление. Численность населения поселка составляет 860 человек.

Уровень антропогенной нагрузки в Куйбышевском районе Новокузнецка заметно выше, чем в пос. Подобасс.

Влияние качества питьевой воды на уровень здоровья населения

Питьевую воду население Куйбышевского района получает преимущественно из централизованной водопроводной системы города Новокузнецка. Здесь осуществляется постоянный контроль за качеством подаваемой населению воды. Но, к сожалению, техническое состояние водопроводных труб города снижает качество воды.

В поселке Подобасс пользуются водой из отдельных скважин, обустроенных общественных колонок. Качество питьевой воды исследуемых территорий должно достаточно сильно различаться.

Сравнительный анализ показывает относительную чистоту питьевой воды. Все образцы и по физическим свойствам и по органолептическим показателям соответствуют допустимым СЭС нормам. Наилучшими физическими свойствами обладает грунтовые воды пос. Подобасс, но содержание в них взвешенных и растворенных веществ несколько выше, чем в других пробах. Что объясняется не только отсутствием предварительной обработки, но и самим происхождением воды: подземные воды растворяют горные породы и минеральные вещества почвы при просачивании с поверхности. Следует обратить внимание на показатели пробы – бутилированная чистая питьевая вода. Ее физические и органолептические показатели лишь немногим лучше, обычной водопроводной воды, а количество растворенных веществ даже несколько выше, но находятся в пределах указанных производителем значений.

При химическом анализе воды отмечено повышенная жесткость подземных вод пос. Подобасс, что объясняется большим количеством растворенных в ней карбонатов – основных соединений входящих в состав известняковых горных пород под поселком.

Высокое содержание хлоридов в водопроводной городской воде – следствие ее хлорирования на водонасосных станциях. Отмечено так же высокое содержание карбонат ионов в бутилированной воде и в целом ее невысокое качество в пределах указанных производителем значений.

Было проведено комплексное исследование биологической активности воды, где учитывалось не только наличие в воде органических загрязнений, но и влияние воды на скорость протекания физиологических процессов в организмах. Исследование проводилось на всех образцах. Согласно его результатам, было отмечено повышенное содержание органических веществ в пробах. Большая величина реакции на органические вещества в пробе из реки Аба объясняется прежде всего высокой температурой речной воды и отсутствием на момент отбора образца на реке ледового покрова. В таких условиях присутствие в речной воде даже в зимний период спор калиморфных бактерий объяснимо. В водопроводной воде, несмотря на проведенную обработку, органические вещества и споры калиморфных бактерий также обнаружены.

Интересными получились результаты исследования на биологическую активность воды. В целом, отмечена пониженная скорость ферментативной активности амилазы в пробах питьевой воды по сравнению с пробами снеговой воды и воды из р. Аба. Ниже чем у снеговой воды оказались и показатели всхожести кресс- салата. Хотя растения в течении последующего времени в образцах питьевой воды развивались лучше. Такие данные можно объяснить только искажением информационной структуры воды в системе водопровода, при механической и химической очистке воды. Такие выводы объясняют относительно высокие показатели биологической активности у воды из поселка Подобасс – здесь влияние человека минимально.

В целом очень трудно сказать, в каком из изучаемых районов выше или ниже качество воды. В каждом из районов есть свои особенности загрязнения питьевой воды. При этом качество воды и Куйбышевского района и пос. Подобасс приближается по многим показателям к верхней границе допустимой нормы.

Отдельные показатели загрязнения питьевой воды создаю риск для возникновения отдельных групп заболеваний. Так высокое содержание в воде карбонатов, высокая жесткость воды, скорее всего, провоцирует возникновение дерматитов и кожных реакций у детей. Высокое содержание хлоридов и низкая биологическая активность воды способствует возникновению заболеваний желудочно-кишечного тракта, нарушений водно-солевого обмена организма. А вот общая заболеваемость по нашему мнению зависит не только от качества воды но и уровня атмосферного загрязнения индикатором которого является снеговой покров.

По мере увеличения антропогенной нагрузки меняется количественное содержание, в первую очередь, химических веществ в водоисточниках по сравнению с их природным содержанием. Некачественная питьевая вода создает условия для развития целого ряда хронических и эпидемиологических заболеваний. Крайне важно минимизировать это негативное воздействие. В настоящее время существует несколько способов решения этой проблемы. Многие используют для питья бутилированную питьевую воду, качество которой, зависит, прежде всего, от честности производителя. Решить проблему питьевой воды могут бытовые водоочистительные фильтры.