Показатели безвредности воды по химическому составу

Показатели безвредности воды по химическому составу определяются химическими веществами, которые могут негативно влиять на здоровье человека, вызывая развитие разнообразных болезней. Их делят на химические вещества природного происхождения; вещества, которые добавляют в воду в качестве реагентов; химические вещества, которые поступают в воду вследствие промышленного, сельскохозяйственного или бытового загрязнения источников водоснабжения.

Химические вещества природного происхождения (бериллий, молибден, мышьяк, свинец, нитраты, фтор, селен, стронций) обусловливают эндемические болезни (см. "Эндемическое значение воды", с. 57—63). Некоторые из них (молибден, селен, фтор) принадлежат к так называемым биомикроэлементам, то есть элементам, содержание которых в тканях не превышает 0,01%, но которые являются эссенциальными для человека. Они обязательно должны поступать в организм человека в оптимальных суточных дозах. При несоблюдении этого условия может развиться гипо - или гипермикроэлементоз. Другие вещества (бериллий, мышьяк, свинец, нитраты, стронций), позитивная роль которых в организме пока еще не установлена и которые не являются эссенциальными, при избыточном поступлении могут оказывать токсическое действие.

Если в питьевой воде содержание молибдена превышает 0,25 мг/л, то продолжительное ее употребление может привести к развитию молибденового ги-пермикроэлементоза (молибденоза), который клинически подобен подагре. Суточная потребность взрослого человека в молибдене составляет 0,1—0,3 мг. Он входит в состав фермента ксантиноксидазы, который принимает участие в пуриновом обмене, окисляя ксантин и гипоксантин до мочевой кислоты. Длительное поступление значительных количеств молибдена в организм человека, проживающего в эндемичных относительно молибдена регионах, приводит к синтезу избыточных количеств ксантиноксидазы. Это усиливает образование и накопление мочевой кислоты в тканях, в частности в синовиальных оболочках суставов, хрящах и сухожилиях. Отложение уратов в суставах является причиной возникновения молибденовой подагры (болезни Ковальского). С целью предупреждения развития этой болезни содержание молибдена в питьевой воде не должно превышать 0,25 мг/л.

Суточная потребность в селене составляет 0,05—0,2 мг и почти на 90— 95% удовлетворяется за счет продуктов питания. Селен входит в состав многих металлоферментов, в частности глутатионпероксидазы — одного из ключевых энзимов антиоксидантных систем. Защищает токоферолы и липиды биологических мембран, предупреждает образование избыточных количеств свободных радикалов, стимулирует синтез серосодержащих аминокислот, улучшает клеточное дыхание, способствует детоксикации ртути, кадмия, мышьяка, свинца и т. п. Селендефицитное состояние, которое развивается у людей, проживающих в геохимических районах с низким содержанием селена в почве, получило название болезни Кешана (ювенильная кардиопатия). Кроме того, в указанных регионах повышен риск заболевания атеросклерозом, гипертонической болезнью, инфарктом миокарда, эндокринопатией, злокачественными новообразованиями желудка, кишечника, молочной железы, легких. В то же время в селенорудных районах среди людей, которые ежедневно получали 0,2 мг селена на 1 кг массы тела (человек с массой тела 60 кг ежесуточно получал 12 мг, т. е. в 60 раз больше суточной потребности), выявляли признаки хронического селеноза: дерматит (зуд, шелушение кожи), нарушение функции пищеварительного канала, боль в суставах, разрушение зубов, утомляемость, головокружение. Было доказано, что селен, поступающий в организм с водой, токсичнее селена алиментарного происхождения. В токсикологических исследованиях на животных было установлено, что пороговая (минимально действующая) концентрация селена в воде составляет 0,01 мг/л. Недействующей, то есть такой, которая не оказывает вредного влияния, признана концентрация 0,001 мг/л. Это и отражено в государственном стандарте на питьевую водопроводную воду.

Наиболее всесторонне изучено влияние на организм фтора. Еще в начале XX ст. доказали роль фтора в развитии заболевания, проявлением которого является пятнистость эмали зубов. Из-за значительного распространения среди жителей определенных геохимических территорий, где вода содержала высокие концентрации фтора (2—8 мг/л), болезнь получила название "эндемический флюороз".

Поскольку до 85% суточной потребности во фторе (3,2—4,2 мг) удовлетворяется за счет воды и лишь 15% — алиментарного происхождения, степень (стадия) развития эндемического флюороза тесно связана с содержанием фтора в питьевой воде. При концентрации 1,6—1,8 мг/л у некоторых людей на симметричных зубах появляются сначала мелоподобные, а впоследствии — желтовато-коричневые пятна. В местностях, где уровень фтористых соединений в воде превышает 2 мг/л, коричневатые пятна обнаруживают на многих зубах у большинства обследованных. Если его уровень превышает 2,5 мг/л, эмаль становится жесткой и темнеет, а впоследствии становится крохкой и коронка зуба начинает разрушаться. Вследствие продолжительного (в течение 10—20 лет) употребления воды с концентрацией фтора 10 мг/л и выше, возможны боль и ограничение подвижности в суставах, прогрессирующая форма деформации скелета, что в конечном счете приводит к инвалидизации.

Степень поражения населения кариесом, так же, как и флюорозом, зависит от содержания фтора в воде. При очень низкой концентрации фтора — до 0,3 мг/л — поражение населения кариесом зубов в 3—4 раза превышает уровень, который наблюдается в условиях оптимальной концентрации. У детей наблюдаются задержка окостенения и дефекты минерализации костей. Низкой считается концентрация фтора от 0,3 до 0,7 мг/л, при которой поражение населения кариесом в 2—3 раза больше, чем при оптимальной концентрации. Оптимальная концентрация, когда поражение кариесом почти минимальное, составляет 0,7—1,1 мг/л. Повышенной, но допустимой при отсутствии других источников водоснабжения считают концентрацию фтора 1,1—1,5 мг/л. При этом заболеваемость кариесом зубов минимальная, а легкие формы флюороза наблюдаются у 20% населения. Если концентрация фтора в воде превышает предельно допустимую и составляет 1,5—2 мг/л, заболеваемость кариесом зубов немного выше минимальной, а флюорозом (обычно в легкой форме) поражено 30—40% населения. При высокой концентрации фтора — 2—6 мг/л — заболеваемость кариесом выше минимальной, флюорозом поражено 30—100% населения. Причем у многих людей наблюдается тяжелая его форма (пятна и эрозии эмали коричневого даета, повышенное стирание и ломкость зубов). V детей часто диагностируют отставание в развитии, окостенении и минерализации костей. При очень высокой концентрации фтора — от 6 до 15 мг/л — заболеваемость кариесом значительно выше минимальной. До 80—100% населения поражено флюорозом, причем преобладают тяжелые формы, сопровождающиеся значительным стиранием и ломкостью зубов. У детей часто наблюдают нарушения развития и минерализации костей, у взрослых — изменения в костях подобно остеосклерозу.

Заслуживает внимания тот факт, что фтор имеет очень узкий диапазон физиологических доз. При употреблении воды с содержанием фтора 1,5 мг/л в 20% случаев могут наблюдаться легкие формы флюороза, в то время как при пользовании водой с содержанием фтора 0,7 мг/л и менее повышается заболеваемость кариесом. Указанные обстоятельства делают проблему гигиенического нормирования фтора в воде очень острой.

Нитраты являются постоянными составляющими природных вод. Их гигиеническое значение рассмотрено в подразделе "Эндемическое значение воды" (см. с. 60—62). Напомним, что нитраты являются естественными продуктами аэробного окисления органических азотсодержащих веществ в почве и воде водоемов, что придает им значение санитарно-химических показателей эпидемической безопасности воды. Но нормирование нитратов в питьевой воде основывается не на этом, а на обеспечении безвредности их содержания для здоровья.

Как упоминалось выше, с повышенным содержанием нитратов в питьевой воде связаны: 1) водно-нитратная метгемоглобинемия у новорожденных, детей младшего возраста и лиц пожилого возраста; 2) образование нитрозами-нов и нитрозамидов, обладающих мутагенной и канцерогенной активностью.

О водно-нитратной метгемоглобинемии у младенцев в возрасте до 1 года впервые сообщили Комли в 1945 г. и Уолтон в 1940—1950 гг. В последующие 10—15 лет в разных странах мира было зарегистрировано свыше 1000 случаев этого заболевания у детей раннего возраста. Свыше 100 детей умерли. В Чехословакии было зарегистрировано 115 случаев метгемоглобинемии в результате использования воды с концентрацией нитратов от 70 до 250 мг/л. При этом в 40% случаев наблюдалась легкая форма заболевания, в 52% — тяжелая, а в 8% — с летальными исходами. При углубленном изучении хронического действия субклинических доз нитратов установлено, что метгемоглобинемия легкой степени (концентрация метгемоглобина в крови 5—15%) может развиться у детей при длительном употреблении воды с содержанием нитратов 50 мг/л.

Кроме водно-нитратной метгемоглобинемии, отрицательное влияние нитратов на здоровье может быть обусловлено тем, что они являются предшественниками нитрозаминов и нитрозамидов, которым свойственны мутагенность и канцерогенное действие. На основании эпидемиологических исследований была обнаружена корреляционная связь между концентрацией нитратов в питьевой воде и заболеваемостью атрофическим гастритом и раком желудка. Высокую заболеваемость раком желудка связывают со значительными концентрациями нитратов в питьевой воде — 90 мг/л и более.

Поэтому для профилактики отрицательного воздействия нитратов на здоровье людей, с целью предупреждения возникновения водно-нитратной метгемоглобинемии необходимо, чтобы концентрация нитратов в питьевой воде не превышала 45 мг/л по нитрат-иону (или 10 мг/л по азоту нитратов), что и отражено в государственном стандарте на питьевую водопроводную воду.

Мышьяк повсеместно содержится в земной коре, откуда его растворимые соединения природным путем попадают в воду подземных и поверхностных водоемов, создавая незначительные концентрации — не выше 0,01 мг/л. Более высокие концентрации характерны для подземных вод, в частности термальных минеральных источников Новой Зеландии. Основной механизм токсического действия мышьяка связан с блокированием тиоловых групп важнейших ферментов, что приводит к нарушению тканевого дыхания и деления клеток. В начальный период интоксикации отмечают потерю аппетита, тошноту, рвоту, чередование поноса и запоров, уменьшение массы тела, выпадение волос, ломкость ногтей, гиперкератоз, головную боль, снижение трудоспособности, расстройства чувствительности. В дальнейшем возможно развитие невритов, параличей, нарушение зрения. Ранним и специфическим симптомом является утолщение рогового слоя кожи ладоней и стоп, вследствие чего отравление назвали копытной болезнью. Одним из первых признаков хронического отравления мышьяком можно считать его накопление в волосах. У людей хроническая интоксикация развивалась при длительном употреблении воды с концентрацией мышьяка 1—4 мг/л, сопровождалась накоплениям его в волосах в количестве 5—85 мг/кг. В некоторых местностях при концентрации 12 мг/л повышался уровень заболеваемости раком кожи. Подобное явление отмечали в Китае при значительно меньшей концентрации мышьяка — 0,5 мг/л. Согласно расчетам экспертов ВОЗ, воздействие на протяжении всей жизни мышьяка, поступающего с питьевой водой в концентрации 0,2 мг/л, дает 5% риск развития рака кожи. Допустимая суточная доза мышьяка определена на уровне 0,05 мг на 1 кг массы тела, или для взрослого человека с массой тела 60 кг — 3 мг/сут. Что же касается поступления с водой, безопасными для здоровья считают концентрации мышьяка, не превышающие 0,05 мг/л, что и отражено в государственном стандарте на питьевую воду.

Известны случаи отравления свинцом вследствие употребления водопроводной воды. В прошлом причинами массового хронического сатурнизма водного происхождения чаще всего служили свинцовые водопроводные трубы и резервуары. Так, в городах Западной Европы во второй половине XX ст. была отмечена вспышка "свинцовой эпидемии". Содержание свинца в воде большинства водоемов незначительно, в пределах 0,001—0,01 мг/л. Высокие концентрации свинца (1—20 мг/л) чаще всего обусловлены использованием свинцовых труб и резервуаров в системах водопровода. Природные воды в районах залегания полиметаллических ископаемых также могут содержать свинец в опасных концентрациях. Свинец, как и другие тяжелые металлы, блокирует сульфгидрильные группы тиоловых ферментов. Наибольшее влияние он оказывает на гидратазу дельта-аминолевулиновой кислоты, что тормозит синтез протопорфирина и в итоге гемоглобина. Хроническая интоксикация свинцом водного происхождения развивается медленно: возникают общая слабость, головная боль, головокружение, неприятный привкус во рту, потеря аппетита, похудение, тремор конечностей, боль в животе, признаки анемии. Со временем возникают парезы, параличи, нарушение гемопоэза, энцефалопатия, ано-рексия, "свинцовые колики". Существует корреляция между концентрацией свинца в питьевой воде, если она превышает 0,8 мг/л, и частотой умственной отсталости у детей, смертностью от рака почек и лейкемии. В Глазго в 1972 г. была зарегистрирована хроническая интоксикация вследствие употребления воды с содержанием свинца 2—3 мг/л. Описаны случаи сатурнизма и при концентрации свинца в воде до 1 мг/л. Допустимая суточная доза свинца для взрослого человека — до 0,007 мг/кг, что при массе тела 60 кг составляет 0,42 мг/сут, или 3 мг/нед. Дети, беременные и плод более чувствительны к воздействию свинца. Свинец преодолевает плацентарный барьер и его влияние на развитие плода проявляется в дальнейшем в виде психических расстройств и умственной отсталости у детей. Поступление свинца с водой в организм взрослого человека составляет от 10 до 50% общего суточного количества. Поэтому безопасными для здоровья считаются концентрации свинца в воде до 0,03 мг/л, что и отражено в государственном стандарте на питьевую водопроводную воду. В целом там, где это возможно, воздействие свинца должно быть сведено к минимуму.

Природные количества бериллия в воде очень низкие и не превышают 0,001 мг/л. С водой в организм взрослого человека может поступить до 30% общего суточного количества бериллия. Есть сведения о развитии бериллиево-го дерматита, гранулематозных изъязвлений кожи, конъюнктивита в случаях его контакта с кожей и слизистыми оболочками. Бериллий плохо всасывается в пищеварительном канале. Его токсичность при пероральном поступлении очень низкая. В то же время в исследованиях на животных его канцерогенность доказана. По данным Международного агентства по изучению рака, бериллий является потенциальным канцерогеном и для человека, хотя эпидемиологические исследования пока еще не обнаружили корреляционной связи между поступлением бериллия в организм и развитием рака у людей. Учитывая потенциальную канцерогенность бериллия, безопасными для здоровья можно считать лишь очень низкие его концентрации в воде — до 0,0002 мг/л.

Избыток стронция является центральным звеном в этиологии уровской болезни (болезни Кашина—Бека), которая была обнаружена еще в средине XIX ст. у жителей Забайкалья (район реки Уров). Эта болезнь достаточно распространена в Читинской, Амурской областях, Северо-Восточном Китае, Таджикистане, на юге Кореи и в некоторых других регионах. Болезнь проявлялась поражением костно-суставного аппарата — искривлением костей, их ломкостью, болью в суставах. Указанные дефекты возникали и у домашних животных. После продолжительных исследований, в конце концов, обнаружили связь этого заболевания с избыточным содержанием в природных водах стронция, являющегося конкурентом кальция. В условиях даже незначительного дефицита кальция именно стронций, который легче усваивается организмом, преимущественно встраивается в костную ткань. Но стронций по сравнению с кальцием быстрее выводится из организма, что вызывает деминерализацию костей. Костная ткань становится крохкой, ломкой, что является причиной остеодефор-мирующего остеоартроза, особенно межфаланговых и тазобедренных суставов и позвоночного столба. Именно поэтому типичными внешними симптомами уровской болезни являются "медвежья лапа" и "утиная походка". С целью профилактики уровской болезни концентрация стронция в воде не должна превышать 7,0 мг/л, что и отражено в государственном стандарте на питьевую водопроводную воду.

Содержание других микроэлементов в разведанных природных водах значительно ниже опасного, установленного в ходе санитарно-токсикологических экспериментов. Эти химические вещества опасны для здоровья людей в связи с техногенным поступлением их в поверхностные и подземные воды, являющиеся источниками водоснабжения. Поэтому они, как и искусственно синтезированные соединения, отнесены к подгруппе химических веществ, попадающих в воду вследствие промышленного, сельскохозяйственного и бытового загрязнения источников водоснабжения. К этой подгруппе принадлежат тяжелые металлы (кадмий, ртуть, никель, висмут, сурьма, олово, хром и др.), детергенты (синтетические моющие средства или поверхностно активные вещества), пестициды (ДДТ, ГХЦГ, хлорофос, метафос, 2,4-Д, атразин и т. п.), синтетические полимеры и их мономеры (фенол, формальдегид, капролактам и т. п.). Их содержание в воде должно быть безопасным для здоровья людей и их потомков при постоянном, в течение жизни, употреблении такой воды. Этот уровень должен быть безопасным и для чувствительных групп населения — новорожденных, детей в возрасте до 14 лет, беременных, людей пожилого возраста, лиц с хроническими соматическими заболеваниями. Он должен гарантировать отсутствие не только острых и хронических отравлений, но и неспецифического вредного воздействия, связанного с угнетением общей резистентности организма, обеспечивать сохранение репродуктивного здоровья, гарантировать отсутствие мутагенного, канцерогенного, эмбриотоксического, тератогенного, гонадотоксического воздействия и других отдаленных последствий.

Поскольку методы улучшения качества воды на водопроводных станциях (осветление, обесцвечивание, обеззараживание, специальные методы) не дают возможности снизить концентрации названных выше химических веществ, то уже в воде водоемов их содержание должно быть безопасным для здоровья. Такую концентрацию называют ПДК. Сегодня научно обоснованы и утверждены Министерством здравоохранения свыше 1500 гигиенических нормативов вредных веществ в воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Токсические химические вещества с одинаковым лимитирующим показателем вредности при одновременном содержании в воде способны оказывать на организм человека комбинированное действие, следствием которого чаще всего является суммация отрицательных эффектов, то есть аддитивное действие. Чтобы гарантировать сохранение здоровья в условиях комбинированного действия, нужно соблюдать правило суммарной токсичности: сумма соотношений фактических концентраций веществ в воде к их ПДК не должна превышать 1.

Последнюю группу показателей безвредности по химическому составу составляют вещества, которые добавляют в воду в качестве реагентов во время ее обработки на водопроводных станциях. Например, с целью осветления и обесцвечивания (уменьшения мутности и цветности) речной воды используют коагуляцию, отстаивание и фильтрацию. В качестве коагулянтов используют соли алюминия. Чаще всего — алюминия сульфат, а также натрия алюминат, алюминия оксихлорид и др. После окончания осветления и обесцвечивания нужно обязательно контролировать в воде остаточный алюминий. Нельзя, улучшая органолептические свойства воды (прозрачность, цветность), ухудшать ее химический состав и создавать опасные для здоровья людей концентрации алюминия. В природной воде концентрации алюминия варьируют от 0,001 до 10 мг/л, но чаще всего не превышают нескольких миллиграммов в 1 л. Среднее суточное поступление алюминия в организм человека эксперты ВОЗ оценивают на уровне 88 мг/сут. Преимущественно это алюминий алиментарного происхождения. Если вода содержит алюминий в концентрации 2 мг/л, то в течение суток в организм человека с 3 л такой воды попадет лишь 6 мг алюминия, или 8% общего суточного количества. Алюминий, даже в виде растворимых солей, малотоксичен. Недействующей в хронических опытах на животных оказалась концентрация алюминия в воде на уровне 5 мг/л. Но в последнее время появились сведения о связи между поступлением в организм алюминия и развитием некоторых неврологических расстройств, в частности болезни Альцгеймера. Поэтому безопасными для здоровья считаются концентрации алюминия в воде, не превышающие 0,5 мг/л.