Анализ качества питьевой воды

Подождите немного. Документ загружается.

Научно-исследовательская работа

1. Введение

Питьевая вода – важнейший фактор здоровья человека. Практически все

источники подвергаются антропогенному и техногенному воздействию разной

интенсивности. Санитарное состояние большей части открытых водоемов России

в последние годы улучшилось из-за уменьшения сброса стоков

промышленныхпредпрятий, но все еще остается тревожным.

Наиболее сильно поверхностные воды загрязнены в бассейнах Волги, Дона,

Иртыша, Невы, Северной Двины, Тобола, Томи и ряда других рек.

В нашей стране 10138 коммунальных и 53506 ведомственных

водопроводов, в том числе с водозабором из поверхностных водоемов

соответственно 1036 и 1275. Они обеспечивают в основном крупные города и

подают 68% водопроводной воды. Остальные питьаются от подземных

источников.

Из-за нехватки сооружений для очистки и обеззараживания воды на

большинстве водопроводов с водозабором из открытых водоемов состояние

источников централизованного водоснабжения в целом по стране крайне

неблагополучное.

В ряде водозаборов обнаружены соли тяжелых металлов (ртути, свинца,

кадмия) в концентрациях, превышающих ПДК, и возбудители инфекционных

заболеваний.

Состояние источников питьевого водоснабжения, неудовлетворительная

очистка и обеззараживание напрямую связаны с качеством питьевой воды,

подаваемой потребителям. В целом по РФ 20,6% проб, взятых из водопровода, не

отвечают игиеническим требованиям к питьевой воде по санитарно-химическим

показателям (15,9% - по органолептическим, 2,1% - по минерализации, 2,1% - по

токсическим веществам) и 10,6% - по микробиологическим.

Чаще всего низкое качество питьевой воды из централизованных систем

водоснабжения связано с повышеннным содержанием в ней железа и марганца.

Избыток железа природного происхождения характерен для подземных вод в

южной и центральной частях России, а также в Сибири. Кроме того,

концентрация железа повышается при коррозии стальных и чугунных

водопроводных труб.

Низкое качество питьевой воды сказывается на здоровье населения – она

играет важнейшую роль в процессах жизнедеятельности биологических систем,

зародившихся в водной среде. Особенности физико-химических свойств воды и

их постоянство во многом способствовали быстрому развитию живых организмов

в процессе эволюции. Достигнув высшей ступени развития, человек остался

полностью зависим от качества водной среды своего организма, объем которой

составляет 60-65% от массы тела. Почти 89% воды содержит человеческий мозг,

до 80% воды входит в состав человеческой крови, более чем на 70% мышцы

человека содержат все ту же воду, и даже в костях скелета около 20 % влаги. В

этой среде совершается множество биохимических реакций, составляющих

основу жизни. Успешное функционирование любого организма поддерживается

благодаря непрерывному обмену воды и вещества между внутренними жидкими

средами организма и внешней средой.

Вода является исключительно важным фактором, определяющим структуру

и биологические свойства таких органических веществ, как белки, нуклеиновые

кислоты, липиды, а также структуру и функциональные свойства биологических

мембран и субклеточных органелл клетки. Одна из причин старения

человеческого организма – понижение способности коллоидных веществ

(особенно белков) связывать большие количества воды.

В многочисленных химических реакциях и физико-химических процессах

(ассимиляция, диссимиляция, осмос, диффузия, транспорт и др.), лежащих в

основе самой жизни, вода является основной средой, а в большинстве случаев –

обязательным участником.

Вследствие электрополярной природы вода растворяет многие

кристаллические соли и полярные соединения (сахара, простые спирты,

альдегиды и кетоны) гораздо лучше других жидкостей. Вода также способна

диспергировать многие соединения, образуя при этом мицеллы. Она еще и

транспортная система организма – переносит питательные вещества, энзимы,

продукты метаболизма, газы, антитела и т.д.

Водный обмен протекает с большой интенсивностью. Даже при комфортной

температуре окружающей среды и небольшой физической нагрузке взрослый

человек выделяет в сутки примерно 2,5 л воды. При повышении температуры и

более интенсивном физическом труде это количество значительно увеличивается

– только за счет потоотделения здоровый человек может терять в сутки около 14 л

жидкости. Без пищи человек может прожить несколько недель, но без воды

погибает через несколько суток. Даже небольшой дефицит влаги в организме

приводит к тяжелым расстройствам: резко падает вес тела, уменьшается объем

крови, увеличивается ее вязкость, снижается секреция пищеварительных желез.

При потере лишь 10% жидкости (от общего объема) наступает дегидратационное

отравление, характеризуемое серьезными нарушениями кровообращения и

расстройствами центральной нервной системы. При потере взрослым человеком

15% влаги, в организме начинаются необратимые патологические изменения. А

потеря 20-25% воды организмом вызывает смерть.

Организм строго регулирует количество воды в каждой системе, органе,

клетке. Между количеством потребляемой и выделяемой воды, как правило,

существует строгое равновесие. В нормальных условиях потребность взрослого

человека в воде составляет около 40 мл/кг массы тела в сутки.

Опираясь на эти данные, не трудно предположить, какое значение для

здоровья и жизни любого живого существа на планете имеет качество получаемой

им воды.

В Свердловской области обнаружена связь между содержанием

хлорорганическихсоединений в питьевой воде 12 городов и онкологическими

заюолеваниями, спонтанными абортами, частотой мутаций в соматических

клетках детей. Выяснилось, что Екатеринбург остается одним из городов

максимального риска как по загрязнению воды, так и по мутагенной и

канцерогенной опасности. Кроме того, здесь выявлена мутагенная активность

воды перед подачей ее в городскую сеть. Мутагенный риск от хлорированной

питьевой воды, поступающей с одной из фильтровальных станций, подтвержден

цитогенетическим исследованием детей, живущих в соответствующих

микрорайонах города.

Основными источниками загрязнения питьевой воды являются:

1. Коммунальные стоки – содержат как химические, так и

микробиологические загрязнения и представляют серьезную опасность.

Содержащиеся в них бактерии и вирусы являются причиной опасных

заболеваний: сыпного тифа и паратифа, сальмонеллеза, бактериальной краснухи,

эмбрионов холеры, вирусов, вызывающих воспаления окломозговой оболочки и

кишечных заболеваний. Такая вода может быть переносчиком яиц глистов

(солитеры, аскариды и власоглавы). В коммунальных стоках присутствуют также

токсичные детергенты (моющие вещества), сложные ароматические

углеводороды (САУ), нитраты и нитриты.

2. Промышленные стоки.

В зависимости от отрасли промышленности могут содержаться практически

все существующие химические вещества: тяжелые металлы, фенолы,

формальдегид, органические растворители (ксилол, бензол, толуол), упомянутые

выше САУ и так называемые особо токсичные стоки. Последняя разновидность

вызывает мутагенные (генетические), тератогенные (повреждающие плод), и

канцерогенные (раковые новообразования) изменения. Главные источники особо

токсичных стоков: металлургическая промышленность и машиностроение,

производство удобрений, целлюлозно-бумажная промышленность, цементно-

асбестовое производство и лакокрасочная промышленность. Парадоксально, но

источником загрязнения является также сам процесс очистки и водоподготовки.

3. Коммунальные стоки.

В большинстве случаев, там, где нет сети водоснабжения, нет и

канализации, а если и есть, то она (канализация) не может полностью

предотвратить проникновению отходов в грунт и, следовательно, в грунтовые

воды. Конечно же, все компоненты стоков профильтрованы сквозь верхний слой

грунта, но некоторые из них (вирусы, водорастворимые и текучие субстанции)

способны проникать в грунтовые воды практически без потерь.

4. Промышленные отходы.

Большинство этих отходов направляются прямо в реки, но промышленные

пыль и газы оседают непосредственно или в соединении с атмосферными

осадками и накпливаются на поверхности почвы, растениях, растворяются и

проникают вглубь. Промышленные пыль и газы переносятся воздушными

потоками на сотни километров от источника эмиссии. К промышленным

загрязнениям почвы относятся также органические соединения, образующиеся

при переработке овощей и фруктов, мяса и молока, отходы пивзаводов,

животноводческих комплексов.

Металлы и их соединения проникают в ткани организма в виде водного

раствора. Проникающая способность очень высока: поражаются все внутренние

органы и плод. Удаление из организма через кишечник, легкие и почки приводит

к нарушению деятельности этих органов. Накапливание в организме следующих

элементов приводит к:

поражению почек – ртуть, свинец, медь;

поражению печени – цинк, кобальт, никель;

поражению капилляров – мышьяк, висмут, железо, марганец;

поражению сердечной мышцы – медь, свинец, цинк, кадмий, ртуть, таллий;

возникновению раковых заболеваний – кадмий, кобальт, никель, мышьяк,

радиоактивные изотопы.

В таблице 1 представлены данные количественного анализа органических

загрязнений в реке Москва и Яузе. Там же для сравнения приведены данные для

американских рек, а также указаны принятые в нашей стране предельно

допустимые концентрации (ПДК, в мкг/л) водных загрязнений, при превышении

которых контролирующие инстанции обязаны применять экономические или

более суровые санкции к нарушителям. В нижней строке таблицы даны суммы (S)

относительных концентраций (С

/ ПДК

) всех загрязнителей, которые являются

единой и показательной характеристикой качества воды.

Таблица 1.

Предельно допустимые (ПДК

) и средние (С

) концентрации летучих органических

загрязнений воды в реке Москва и реках США.

i Соединение

ПДК

согласно

ГОСТ [5],

мкг/л

, мкг/л

р. Москва

[16]

реки США

[15]

Диоктилфталат

Бензол

Толуол

Дибутилфталат

Дихлорнитробензол

Хлороформ

Трихлорэтилен

Ксилолы

Хлорнитробензол

Трихлорбензол

Бромдихлорметан

Дибромхлорметан

Нитротолуол

1,2-дихлорэтан

Тетрахлорэтилен

Этилбензол

Четыреххлористый углерод

Дихлорбензолы

Фенол

1,1-дихлорэтиден

Хлорнитротолуол

Нитрофенилэтанол

Гидроксисесквитерпен

Бромоформ

1000

500

200

100

5 0

0,6

300

100-600

100-10000

500-1000

100-1500

200-800

3500-6500

40-70

300-700

10-400

300-2000

800-1300

120

1,0

0,9

2,1

0,3

0,9

0,18

3,2

1,8

1,4

0,6

0,18

3,3

S=Σ(C

/ ПДК

)

190-940 1.61

Залповый сброс в марте 1994 г.

Значок Σ означает сумму всех C

/ ПДК

от i=1 до i=24 (кроме i=13).

Из таблицы следует, что показатель ГОСТа в случае американских рек

превышен в 1,6 раза, а для р. Москва – в 940 раз!

Но есть веские основания для подозрений, что ситуация еще хуже.

Большинство токсичных примесей хлорорганической природы (пестициды,

диоксины, полихлорароматические соединения) имеют столь низкие значения

ПДК, что опасны для здоровья в таких ничтожных концентрациях, которые могут

быть измерены далеко не во всякой лаборатории и далеко не всяким

специалистом. В ГОСТе охарактеризованы 1345 токсичных химических веществ.

Но такого прибора, который сразу бы выдал содержание всех этих 1345 веществ в

пробе воды, не существует.

Мало кто в наши дни сомневается, что вода, которую мы пьем и используем

в быту, нуждается в дополнительной очистке, откуда бы она не поступала – из

колодца, артезианской скважины или водопровода. По статистике Госстроя

России, в аварийном состоянии сейчас находится около 40% городской

водопроводной сети, не говоря уже о загородных коттеджах и дачных поселках,

где качество природной воды зачастую выходит за пределы санитарных норм. В

своих докладах на научных конференциях ученые все чаще константируют, что из

нашего крана течет не только не питьевая, но даже не «бытовая» вода.

Чтобы улучшить снабжение аселения питьевой водй, санитарно-

эпидемиологические органы совершенствуют санитарное законодательство и

норматиную базу, устанавливающую критерии безопасности питьевой воды.

Продолжается работа над проектом Закона РФ «О питьевой воде и питьевом

водоснабжении». В ряде субъектов РФ (Башкоргтостан, Чувашия, Воронежская

область) уже приняты законы «О питьевой воде». Подготовлена федеральная

программа «Обеспечение населения России питьевой водой». В большей части

субьектов РФ разработаны регионгальные программы по улучшению снабжения

населения питьевой водой, кое-где такие программы в стадии подготовки

(Башкортостан, Самарская, Новосибирская области и др.). С 1 января 1998г.

введен в действие новый норматив «Питьевая вода. Гигиенические требования к

качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения».

Но сами по себе принятие законов, разработка программ, издание приказов

и распоряжений при недостаточном финансировании не улучшат качество

питьевой воды, а следовательно, и здоровье населения. Проблема обеспечения

населения Российской Федерации питьевой водой нормативного качества стала

одной из самых острых проблем современного общества – проблемой

национальной безопасности.

2. Обзор литературных источников

Один из важнейших вопросов, который интересует людей – это качество

потребляемой воды. Для того чтобы дать ответ на вопрос о чистоте воды из крана,

необходимо ответить на несколько сопутствующих вопросов: что понимается под

выражением «чистая вода», насколько чистая должна быть вода в водном

источнике и при подаче ее потребителю, что происходит с водой в процессе ее

очистки.

Водный объект, из котрого поступает вода потребителю, характеризуется

определенным природным составом жидкой среды, а уж потребитель формирует

свои требования к составу и свойствам потребляемой воды. На основании данных

о составе и свойствах воды, а также требований потребителя формируются

показатели (критерии), насколько вода чистая.

Таким образом, водный объект характеризуется значениями показателей

качества и чистоты воды, а характер водопользования – нормами чистой воды.

Контроль чистоты воды заключается в проверке соответствия значений

показателей качества воды установленным нормам и требованиям. Чистота воды

водного объекта и необходимость ее регулирования определяются целью

использования воды. При централизованном водоснабжении законодательно

определено, что вода, поступающая к потребителю, должна быть приятной в

органолептическом (вкусовом) отношении и безопасной для здоровья; при этом

подразумевается, что содержание вредных веществ в воде не должно превышать

предельно-допустимых концентраций (ПДК). Остановимся подробнее на

терминах: чистота, показатели чистоты и нормы чистой воды.

Чистота воды – это характеристика состава и свойств воды, определяющая

ее пригодность для конкретных видов водопользования.

Показатели чистой воды – это перечень свойств воды, численные значения

которых сравнивают с нормами чистоты воды.

Нормы чистой воды – это установленные значения показателей чистоты

воды для конкретных видов водопользования.

Показатели качества и нормы чистой воды не являются жестко

установленными и неизменными. С ухудшением состояния окружающей среды в

результате ее загрязнения устанавливается причинно-следственная связь между

количественной и качественной характеристиками загрязнения и негативными

изменениями показателей и норм чистоты. Как правило, они становятся более

жесткими. В то же время на эти показатели и нормы непосредственное влияние

оказывает экономическая целесообразность. То есть, можно научно обосновать

высокие нормы питьевой чистой воды, но это приведет к высокой стоимости

производства воды такого качества, что не позволит обеспечить ее массовый

сбыт.

Наблюдающийся дефицит пресной чистой воды приводит к необходимости

использования для питьевых целей очищенных сточных вод, которые в основном

и пополняют запасы грунтовой воды. Таким образом, вполне вероятным

решением проблемы дефицита пресной воды в будущем будет использование для

питевого водоснабжения рециркуляционных и очищенных сточных вод.

Обеспеченность населенных пунктов Российской Федерации водными

источниками с водой питевого качества ничуть не лучше, чем в большинстве

европейских стран. Загрязненность источников водоснабжения привела к

необходимости введения предельно допустимых концентраций загрязняющих

веществ. При этом заранее как бы была признана экономическая

нецелесообразность полной очистки воды с доведением ее качества до чистоты

воды лучших природных источников.

В России до последнего времени гигиенические требования к чистой воде

определялись ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая». В соответствии с этим документом,

показатели чистой воды подразделялись на микробиологические,

токсикологические и органолептические. С 1996 г. гигиенические требования к

чистоте питьевой воды централизованных систем водоснабжения определяются

санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая чистая вода».

В этом нормативном документе показатели чистой воды уже подразделяются на:

эпидемические, органолептические, радиологические, химические. Многие из

величин не нормируются и, тем не менее, важны для оценки физико-химических

свойств воды. Как правило, эти дополнительные параметры не только

непосредственно определяют качество воды, но, главным образом, содержат

информацию, без которой невозможно подобрать оптимальную схему очистки

воды.

2.1. Требования к питьевой воде. Классификации воды.

Питьевая вода – это вода, пригодная к употреблению человеком и

отвечающая критериям качества, то есть, - вода безопасная и приятная на вкус.

Традиционно для оценки чистоты воды в водном объекте или в источнике

водоснабжения, если речь идет о получении воды для питья, используются

физические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К

физическим показателям относят температуру, запахи и привкусы, цветность и

мутность. Химические показатели характеризуют химический состав воды.

Обычно к числу химических показателей относят водородный показатель воды

(рН), жесткость и щелочность, минерализацию (сухой остаток), а также

содержание главных ионов. К санитарно-бактериологическим показателям

относят общую бактериальную загрязненность воды и загрязненность ее

кишечной палочкой, содержание в воде, содержание токсичных и радиоактивных

микрокомпонентов. В зависимости от загрязненности водного объекта и

назначения воды предъявляются и дополнительные требования к ее качеству.

2.1.1. Органолептические показатели

К числу органолептических показателей относятся те параметры

качества воды, которые определяют потребительские свойства, т.е. те свойства,

которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание,