Влияние качества подземных вод на здоровье населения

Удовлетворение качества воды водоисточников гигиеническим требованиям в конечном счете оценивается по отсутствию неблагоприятного, вредного влияния на здоровье населения. Неблагоприятное влияние водной среды может быть прямым и косвенным. Прямое воздействие осуществляется при наличии в воде болезнетворных микроорганизмов и инвазий, а также при неблагоприятном химическом составе воды и проявляется в виде инфекционных и неинфекционных заболеваний. Косвенное влияние выражается главным образом в ограничении водопользования вследствие появления неприятных органолептических свойств воды. Запах, привкус, окраска и мутность являются весьма важными характеристиками качества питьевой воды, воспринимаемых населением как косвеннное свидетельство появления в воде нежелательных и возможно вредных для здоровья загрязнений (Данилов Н. В., 1956г.).

В наблюдениях на людях доказано, что изменение запаха и вкуса оказывает рефлекторное влияние на водно-питьевой режим и физиологические функции организма (Журавлева И. Н.,1949). Неблагоприятные органолептические свойства воды лишают ее способности возбуждать деятельность важных для пищеварения секреторных аппаратов, в частности секреторную деятельность желудка, и при самой высокой степени питьевой возбудимости, т. е при жажде вызывают негативную физиологическую реакцию, проявляющуюся в отказе от употребления или в ограничении потребления такой воды (Черкинский С. Н., Беляев И. И., Габович Р. Д., 1952, 1962, 1975 г).

Начиная с 1972 года появились сообщения многочисленных авторов, что уменьшение мутности очищенной воды ведет к удалению из нее бактериальной флоры. Этот факт привлекает к себе внимание в связи с проблемой безопасности воды в отношении энтеровирусных инфекций. Как показали специальные исследования процесс очистки воды от энтеровирусов (Chang 1958г) уменьшение мутности питьевой воды следует оценивать как один из важнейших факторов, повышающих надежность мер по предупреждению распространения энтеровирусов водным путем.

Имеется достаточно оснований признать органолептические свойства воды важным фактором, влияющим на организм человека и санитарные условия жизни.

Различны причины изменения органолептических свойств воды. Для поверхностных источников это, прежде всего почвенные загрязнения, поступающие со стоком атмосферных вод. Запах и привкус могут быть связаны с цветением воды, за которым следует отмирание водорослей и разложение растительности на дне водоемов. Окраска чаще всего зависит от присутствия в воде гумусовых веществ почвенного, растительного и планктонного происхождения. Для подземных вод основной причиной ухудшения органолептических свойств является высокая минерализация в силу содержания повышенных концентраций хлоридов и сульфатов натрия, реже кальция и магния, поступающих в подземные водоносные горизонты с недостаточно очищенными бытовыми и в особенности производственными стоками.

На формирование химического состава пресных подземных вод, имеющих обычно не слишком удаленные области питания, влияют многие природные факторы. Основным из которых является физико-химическое взаимодействие воды с вмещающими породами разнообразного состава и структуры при движении воды от областей питания к участкам разгрузки или погружения водоносного горизонта (Бочевер Ф. М., Лапшин Н. Н., Орадовская А. Е. 1979, Гольдберг, 1973г). На химический состав подземных вод большое влияние оказывают воды, поступающие в водоносный горизонт из различных источников питания:

-за счет просачивания атмосферных осадков,

-разгрузки глубоко залегающих подземных вод,

-перетекания из других водоносных горизонтов через слабо проницаемые слои и литологические окна,

-привлечения речного стока, оросительных вод и др.

Так на участках берегового водозабора качество забираемой воды формируется под влиянием смешения подземных вод, поступающих со стороны речных террас, из реки и инфильтрационного бассейна (Орадовская А. Е., Лапшин Н. Н.1987). Химический состав и минерализация грунтовых вод, кроме того, зависит от климатических условий, характера почвенного покрова и растительности, рельефа, густоты и врезанности гидрографической сети (Лухне Л., Шестаков В. М., 1987г). Даже в слабо минерализованных подземных водах может отмечаться высокое содержание некоторых нормируемых химических элементов - железа, фтора, бериллия, селена, стронция ( Бочевер Ф. М., Орадовская, 1972, 1977г).

В составе природных подземных вод в зависимости от содержания выделяют макрокомпоненты и микрокомпоненты. К макрокомпонентам относительное содержание которых определяет гидрохимический тип подземных вод, относят хлориды, сульфаты, бикарбонаты, натрий, магний, кальций, калий. Кроме того, в заметных количествах могут содержаться в природных подземных водах ионы Н, NO3, NO2, N, SiO4, Fe2, Mn 2,сульфидные соединения, N2S, Ns, органические вещества, газы и микроорганизмы (бактерии, простейшие водоросли, грибы, вирусы, актиномицеты). Изредка в водозаборных скважинах системы городского водоснабжения обнаруживются асбестовые волокна, входящие в состав трещиноватых палеозойских и докембрийских водовмещающих пород.

Природные аномалии подземных вод отмечаются в районах, где подземные воды залегают в отложениях, обогащенных некоторыми неорганическими ( ртуть, медь, железо, свинец, цинк, хлориды калия и натрия) и органическими ( уголь, торф) веществами (Гаузаев В. В., 1982г, Бериши Н. Н., Шержуков Б. С.1969г.). Ухудшение качества подземных вод наблюдается также на прибрежных участках долин, где постоянное или периодическое питание подземных обеспечивается речной водой, имеющей повышенную минерализацию и жесткось. Повышенную минерализацию могут иметь подземные воды контактирующие с солеными морскими водами, и грунтовые воды в аридных и полуаридных областях, где испарение преобладает над осадками. Многообразие химического состава указывает на необходимость детального изучения структкрного состава подземных вод.

Полученная при изысканиях по данным опытных откачек характеристикка состава подземных вод в последующем при работе водозабора может измениться. В первую очередь это связано с частью наблюдающейся гидрохимической неоднородностью водоносного горизонта и с подтягиванием при длительной эксплуатации подземных вод из более удаленных участков водоносного горизонта, где имеется иной состав. Большую роль играет также вовлечение дополнительных источников питания в виде фильтрации из поверхностных водотоков и водоемов, усиление фильтрации атмосферных осадков. При этом могут поступать более минерализованные воды из нижележащих водоносных горизонтов, загрязненные поверхностные воды и тд.

Понижение уровня грунтовых вод на участке водозабора изменяет окислительно-восстановительную обстановку в осушенной части водоносного горизонта; это может привести, в частности, к увеличению в воде концентраций сульфатов, железа, кальция магния вследствие окисления содержщегося в породах тонкодисперсного пирита.

На заторфованных и заболоченных участках, понижение уровня грунтовых вод, ведет к разложению органического вещества в породах, это способствует увеличению содержания в воде азотосодержащих веществ и железа выносимого из пород в результате обогащения воды органическими веществами и СО2

Для большинства типов месторождений пресных подземных вод характерна связь с атмосферой, при этом одним из существенных или даже главных источников питания являются атмосферные осадки. Эта связь при работе водозаборов может усилиться, поэтому состав поверхностных вод (ливневых, талых, речных) оказывает большое влияние на качество подземных вод. В последние десятилетия основной причиной ухудшения качества подземной воды стала антропогенная деятельность.

Антропогенное влияние на подземные воды стало особенно ощутимым в связи с развитием иинтенсификацией промышленности, сельского хозяйств, ростом городов и расширением урбанизованных территорий. Данное влияние проявляется истощением запасов подземных вод, ухудшением их качества: при этом в подземных водах может увеличиться содержание компонентов, характеризующих природный состав (хлориды, сульфаты, железо и др.). Вещества антропогенного происхождения попадают в подземные воды из промышленных икоммунально-бытовых стоков и отходов, в результате утечки технологических жидкостей, при растворении атмосферными осадками сырья, твердых отходов и продуктов промышленности, в результате загрязнения атмосферного воздуха.

Биологическое загрязнение подземных вод вызывается микроорганизмами, поступающими при инфильтрации фекальных и коммунально-бытовых сточных вод из выгребных ям, канализационной сети.

Разнообразные органические вещества поступающие в подземные воды с коммунально-бытовыми сточными водами и отходами, стимулируют интенсивный рост и активность микроорганизмов в водоносном горизонте, что приводит к дополнительному ухудшению качества воды.

При всем многообразии обстоятельств и путей поступления антропогенных загрязнений в водоносный горизонт можно по Минкину Е. Л выделить несколько случаев:

1. поступление сверху, с поверхности земли, в результате инфильтрации промышленных и коммунально-бытовых сточных вод с территорий предприятий и населенных пунктов, а также проникновение дренажных сточных и атмосферных вод;

2. поступление сбоку при фильтрации загрязненных поверхностных вод через борта, русла и затопленные поймы рек на участках интенсивного водооборота и снижения уровня подземных вод;

3. поступление в виде вертикального перетока загрязненных грунтовых вод в нижележащий эксплуатируемый водоносный горизонт через гидрогеологические окна или через разделяющий слабопроницаемый слой;

4. поступление занрязненных грунтовых вод в нижележащий эксплуатируемый водоносный горизонт через затрубное пространство водозаборной скважины;

5. поступление через незатомпанированные дефектные разведочные и наблюдательные скважины.

По масштабу влияния на водоносные горизонты выделяют локальные и региональные загрязнения подземных вод. При действии многочисленных локальных источников, совокупность которых, обуславливает площадной характер загрязнения и оно становится региональным. Такое загрязнение храктерно для урбанизированных территорий. В таких районах помимо постоянных утечек и аварийных разливов сточных технологических вод из цехов, коммуникаций, различных емкостей для хранения жидкого и твердого сырья, продуктов отходов производства большую роль в загрязнении подземных вод играют выбросы предприятий и теплоэнергетических установок, поступающих на поверхность земли с атмосферными осадками. Отходы, образующиеся при сжигании топлива, выщелачивают и выносят в подземные воды хром, никель, медь, свинец, кадмий, молибден, мышьяк. Ванадий и другие элементы.

Ухудшение качества подземных вод сделало актуальным проблему оценки естественной защищенности подземных вод и их охраны от загрязнения. Значимость даной проблемы возрастает в связи с продолжающейся урбанизацией, химизацией хозяйства и быта.

Для большинства типов месторождений пресных подземных вод характерна связь с атмосферой, при этом одним из существенных или даже главных источников питания являются атмосферные осадки и поверхностные воды. Эта связь при работе водозабора усиливается, поэтому состав поверхностных вод (ливневых, талых, речных, озерных) оказывает большое влияние на качество подземных вод. При инфильтрации через зону аэрации поверхностные воды могут изменять свой состав, ухудшая качество подземных вод.

Трудно переоценить значение проблемы гигиенического изучения влияния качества воды на здоровье населения. Многочисленные исследования свидетельствуют о связи с минеральным составом воды массовых заболеваний населения, но еще много неизвестных вопросов, связанных с особенностямми комплексного воздействия химических веществ. Эффект влияния питьевых вод на физиологические функции организма зависит от степени минерализации, сочетания солей и от исходного состояния организма. Установлено, что высокая жесткость воды, обусловленная повышенным содержанием кальция и магния, при низких концентрациях фтора, способствует снижению заболеваемости кариесом.

Избыточное поступление бикарбоната кальция нарушает пуриновый и йодный обмен, обуславливающих увеличение частоты случаев заболеваний мочевыделительной системы, костей, сочленений и мышц. Повышенная минерализация воды отрицательно влияет на специфическую функцию женского организма (менструальную, детородную), течение беременности, родов, на плод и новорожденного. Длительное употребление жесткой воды ведет к увеличению гинекологических заболеваний у женщин. При высоких концентрациях кальция в питьевой воде, превышающем содержание магния в 1.5-4.5 раза, возрастает на 25% частота заболеваний органов пищеварения, в том числе желчекаменной болезнью, холециститом на 20%, а также мочеполовой и костно-мышечной систем на 13%, сахарным диабетом на 25%, всеми формами рака на 13%. Выявлена линейная корреляционная зависимость частоты 36 классов и нозоогических форм заболеваний населения с жесткостью и ее компонентами в питьевых водах.

Существуют натурные исследования, показывающие обратную зависимость заболевемости раком желудка от содержания в воде кальция, железа, фтора и магния.

Множество натурных и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных авторов доказывают неблагоприятное влияние маломинерализованных вод на организм. Уровень смертности от ишемической болезни сердца в районах с мягкой питьевой водой выше, чем в районах с жесткой питьевой водой. Предполагается, что низкий уровень магния в воде может быть фактором в увеличении смертности от сердечных заболеваний в районах с мягкой питьевой водой. У людей, умерших от ишемической болезни сердца, в миокарде обнаружены низкая концентрация магния (особенно у людей, внезапно умерших от ишемической болезни). Магний участвует во многих окислительных, синтетических и транспортных процессах сердечной мышцы. Устанвлена связь артериальной гипертензии с длительным потреблением мягкой питьевой воды. У детей, потребляющих мягкую воду отмечается функциональное напряжение сердечно-сосудистой системы, снижение ее функциональных возможностей и склонность к развитию гипертензии.

Анализ полученных эпидемиологических данных свидетельствует о том, что распространенность сердечно-сосудистой патологии находится в определенной зависимости от жесткости, концентрации кальция, магния и натрия.

Присутствие в воде ионов тяжелых металлов и одновремено дефицит кальция могут обуславливать напряжение регуляторно-приспособительных систем организм, так как токсичность металлов в мягкой воде увеличивается. Это объясняется способностью кальция конкурировать с тяжелыми металлами за специфический белок, который отвечает за процесс всасывания металлов (Степанов Н. В. и соавт., 1991 г.). Некоторые авторы связывают поражение зубов и парадонта с низким содержанием в воде кальция, магния, фтора, меди, цинка. Доказано, что эффект влияния питьевых вод на физиологические функции будет зависеть от соотношения отдельных ионов.

Подземные воды Западной Сибири, Крайнего Севера, Восточной Сибири содержат очень в малых концентрациях такие микроэлементы как кобальт, серебро, никель, медь, цинк, йод, фтор и другие. В тоже время содержание бора, железа, марганца заметно превышает допустимые нормы (Степанов Н. С. и соавт.,, 1991г., Лутай Г. Ф. и соавт.,1991 г.). Бор и бром повышают риск возникновения болезней нервной системы ( Израэльсон З. И., 1973 г, Романцова О. Г, 1990 г., Тулакин А. В. и соавт., 1995 г.) .

Большие концентрации меди, делают воду непригодной органолептически, сильно раздражают слизистые желудочно-кишечного тракта ( Коган Г. З., Собинякова О. Р., 1969 г.).

Соли цинка, особенно сульфатные также являются раздражителями желудочно-кишечного тракта (Drinker, Faerhall I. T.1993 г.).

Поступление свинца в организм с питьевой водой составляет лишь несколько процентов от количества свинца, вводимого с пищей и воздухом. Основной источник свинца в воде - из сплавов, используемых при соединении водопроводных туб. Существует утверждение, что содержание свинца в хлорированной водопроводной воде больше, чем в нехлорированной. При суточном потреблении воды 5 литров общее количество полученного свинца составит 15 мкг/л - 6% от пищевого свинца. Но даже малые дозы при длительном употреблении ведут к хронической интоксикации. Картина хронической интоксикации у людей изучена подробно ( Ершов Ю. А., Плетнев Т. В.,1989 г). Возникают изменения в цнс, проявляющиеся в головной боли, головокружениях, повышенной утомляемости, раздражительности, в нарушениях сна, ухудшение памяти, мышечной гипотонии, потливости. Ученые США сделали вывод, что интоксикация Pb – причина агрессивного поведения школьников и снижения их способности к обучению (Harte, Holden, 1991г.). Длительное воздействие свинца способствует развитию атеросклероза (Уэр Дж.,1992,1993г.).

С водой, пищей и воздухом ежедневно в организм поступает до 0.2 мг кадмия. К характерным болезням, связанным с токсическим действием кадмия следует отнести гипертонию, ишемическую болезнь сердца, почечную недостаточность, бронхиты, фарингиты. Наиболее серьезным последствием кадмиевой интоксикации является снижение интенсивности функционирования почек, ведущее к уменьшению вывода из организма токсинов, для которых почечная фильтрация является основным каналом их удаления.

Источником кадмия является процесс сжигания ископаемого топлива на ТЭЦ. Попадая в природные водоемы, растворенный кадмий осаждается и накапливается в донных отложениях. Водоросли, моллюски и ракообразные концентрируют кадмий в своих тканях.

Будучи аналогом цинка, который относится к жизненно необходимым веществам, кадмий способен замещать цинк в цинкосодержащих ферментах, но с потерей их ферментных свойств ( Фисава В. А., 1988 г.). Ранее считалось, что поступление в воду ртути безопасно, так как она якобы остается неизменной. Затем выяснилось, что существуют водные микроорганизмы, способствующие переводу ртути в диметилртуть и было отмечено накопление ртути в организме хищных рыб – тунца, лососевых. В организм человека ртуть поступает в наибольшей мере с рыбопродуктами, оказывая выраженное влияние на функции печени, почек, обмен веществ.

Алюминий содержится в питьевой воде, подвергающейся осветлению в процессе коагуляции. Многократное превышение концентрации алюминия над нормой характерно для озерной и речных вод в регионах подверженных действию кислотных дождей, за счет растворения природных малорастворимых алюмосиликатных пород. Ряд авторов считали, что соединения алюминия относятся к веществам малой токсичности (Штенберг А. И., 1952г., Kehoe1940 г., 1944г.), но при избыточном поступлении в организм влияют на красную и белую кровь и кислотно-щелочное равновесие. Первые данные о токсичности алюминия были получены в 70-х годах прошлого века. Поступившие в организм с водой и пищей ионы алюминия в форме нерастворимого фосфата выводятся с фекалиями и частично всасываются в желудочно-кишечном тракте в кровь и выводятся почками. Если же деятельность почек нарушена, происходит накопление алюминия, сопровождающееся ростом хрупкости костей, нарушением метаболизма кальция, магния, фтора, фосфора и развитием различных форм анемии. Обнаружены и более грозные проявления токсичности алюминия: нарушения речи, провалы памяти, нарушения ориентации, помутнение рассудка, конвульсии, а порой и гибель от почечной недостаточности. Накопление алюминия в мозговых клетках ведет к появлению симптомов болезни Альцгеймера. Статистических данных по России о данном заболевании нет, ибо средняя продолжительность жизни мужчин менее 60 лет. Проявление же болезни храктерно для более пожилого возраста (Коломиец А. Ф.,1991г.).

Актуальность проблемы влияния химических веществ находящихся в воде на население остается высокой, несмотря на многочисленные наблюдения в связи с появлением более токсичных продуктов в результате трансформации их в водной среде под действием многих физических, химических, химических и биологических факторов (Надеенко В. Г., Левченко В. Г. 1977г.) Установлена суммация токсического эффекта при воздействии на организм вольфрама и молибдена, наоборот, комбинированное действие вольфрама и меди, молибдена и меди и др.

Из числа изученных микроэлементов хорошо известна патология населения, связанная с недостаточностью йода в питьевой воде. При избытке фтора в воде возникает флюороз. Недостаток в питьевой воде фтора ведет к кариесной патологии зубов.

Повышенное количество солей натрия способствует увеличению сердечно-сосудистой патологии (Будеев И., 1977г.) Избыток молибдена ведет к появлению «молибденовой подагры», а при его недостатке появляется предрасположенность к развитию эндемического зоба (Уразаев Н. М., Габович Р. Д., Кульская О. А., 1967г.)

Нередко при неинтенсивном, но постоянном загрязнении воды наблюдаются хронически протекающие водные эпидемии.

Водный путь распространения свойственнен холере, брюшному тифу, паратифу. К вирусам, передающимся через воду, относятся вирусы инфекционного гепатита, полиомиелита, аденовирусы, коксаки А и В. К водным инфекциям относят лептоспирозы и туляремию, не исключается возможность заражения туберкулезом.