Полный справочник санитарного врача

Первая водная эпидемия холеры отмечена в Лондоне в 1854 г. В 1892 г. в Гамбурге при использовании загрязненной речной воды из водопровода вспыхнула эпидемия холеры, в результате чего из 18 000 заболевших умерло 8600 человек. В 1908 г. водная эпидемия холеры потрясла Петербург, заболели 20 800 человек, из них умерло 4000. Водные эпидемии наблюдались также в Ростове-на-Дону (1908 г.), в ряде приволжских городов (1910 г.). В настоящее время возможность передачи холеры водным путем остается по-прежнему реальной.

Большого внимания заслуживает опасность распространения водным путем различных гельминтов. В кишечник человека яйца гельминтов могут попадать при условии, если люди пьют неочищенную речную воду, обмывают ею фрукты и овощи. Загрязненные водоемы способствуют распространению возбудителей шистосоматоза, дифиллоботриоза.

Инфицирование через воду наиболее вероятно при децентрализованном типе водоснабжения, когда вода не подвергается обеззараживанию. Особую опасность представляет использование воды для питьевых целей из открытых водоемов, которые легко подвергаются заражению.

При централизованном водоснабжении опасность распространения инфекций водным путем может быть сведена к нулю.

Потребности населенных мест удовлетворяются преимущественно централизованными системами водоснабжения. Но часто люди пользуются и нецентрализованными источниками. В любом случае питьевая вода должна отвечать гигиеническим требованиям, т. е. быть доброкачественной.

Профилактика распространения возбудителей инфекций водным путем заключается прежде всего в строгой санитарной охране источников водоснабжения, в соблюдении санитарных требований к устройству и эксплуатации сооружений, предназначенных для забора, обработки, хранения и распределения воды.

В современных условиях водопотребление многими учеными рассматривается как показатель уровня цивилизации страны. Еще в 1980 г. в Нью-Йорке на специальной сессии Генеральной Ассамблеи ООН Генеральный директор ВОЗ доктор Х. Малер сказал, что «около 80 % всех болезней в развивающихся странах связано с неудовлетворительным состоянием водоснабжения и неадекватными санитарными условиями… Число водопроводных кранов на 1000 человек вскоре станет более наглядным показателем здоровья населения, чем число больничных коек».

И до настоящего времени проблема обеспечения доброкачественной питьевой водой жителей городов и населенных пунктов в различных точках земного шара остается актуальной.

В нашей стране благодаря широкому проведению санитарно-оздоровительных и противоэпидемических мероприятий давно нет больших эпидемий заразных болезней, связанных с употреблением недоброкачественной воды. Тем не менее и до сих пор ряд инфекционных заболеваний, передающихся через воду, не удалось полностью ликвидировать.

В последние годы значительно повысилась заболеваемость другими инфекционными болезнями в связи с употреблением недоброкачественной питьевой воды. К их числу следует отнести инфекционный гепатит. Высокие уровни заболеваемости инфекционным гепатитом характерны для периода войны и вооруженных конфликтов, когда существенно ухудшаются санитарные условия мест рассредоточения войск и их обеспечение. Об этом свидетельствует опыт боевых действий английских войск в Алжире, американских – во Вьетнаме, советских – в Афганистане и российских – в Чеченской республике.

Тем не менее современные достижения в области охраны водоисточников, очистки и обеззараживания воды позволяют предотвратить водные эпидемии кишечных инфекций. Централизованное водоснабжение позволяет резко поднять уровень санитарной культуры населения, способствует уменьшению заболеваемости лишь при бесперебойной подаче достаточного количества воды определенного качества. Нарушение тех или иных санитарных правил как при организации водоснабжения, так и в процессе эксплуатации водопровода влечет за собой санитарное неблагополучие вплоть до настоящих катастроф.

Самоочищение водоемов

Дело в том, что любая среда биосферы имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, разложение белка до аммиака и его солей – за счет действия микробов. Если водоем справляется, то все органические вещества превращаются в аммиак и его соли на 7–12-е сутки, а далее количество аммиака и его солей начинает падать, так как наступает вторая фаза, в ходе которой и соли аммиака превращаются в нитриты, что происходит на 25–27-е сутки. А дальше концентрация нитритов начинает падать, потому что все нитриты превратятся в нитраты на 32–35-е сутки, т. е. весь процесс самоочищения заканчивается примерно за месяц. Аммиак, нитриты и нитраты называют триадой азота. Используя ее, можно с очень высокой точностью определить давность загрязнения водоема. Например, определение в триаде только аммиака говорит о том, что загрязнение произошло 7–12 суток назад (свежее). При обнаружении всей триады азота надо думать о постоянном загрязнении водоема. В чистой воде наличие триады азота может быть обусловлено разложением органических веществ растительного происхождения. Для всей триады азота ГОСТом 28-74-82 «Вода питьевая» нормируются только нитраты, поскольку при длительном употреблении воды, содержащей повышенное количество нитратов, может быть водная нитритно-нитратная метгемоглобинемия. Лимитирующий признак нормирования нитратов – токсикологический. По ГОСТу содержание нитратов не должно превышать 10 мг/л в пересчете на чистый азот или 45 мг/л в пересчете на соль. Для аммиака и его солей существуют ориентировочные нормы 0,1–0,2 мг/л, для нитритов 0,001–0,002 мг/л.

Воды бывают напорными и безнапорными. С гигиенической точки зрения самые чистые – артезианские воды (они защищены слоями пород от загрязнения). Особенностями подземных вод являются: большая минерализованность, чистота, практическое отсутствие органических веществ, сбалансированность по органолептическим свойствам. Для водоснабжения лучше использовать подземные воды.

Миграция вещества в подземных водах сопровождается химическими, биохимическими и физико-химическими процессами, направленными на приведение в равновесное состояние системы «вода – порода». В случае попадания в подземные воды загрязняющих веществ совокупность перечисленных выше процессов обобщается понятием «самоочищение».

Самоочищение подземных вод от неорганических веществ происходит, как правило, вследствие осаждения компонентов раствора на геохимических барьерах. Понятие о геохимических барьерах было сформулировано А. И. Перельманом. Геохимический барьер – это зона, в которой на коротком расстоянии происходит резкая смена гидрогеохимических условий миграции химических элементов, что вызывает осаждение этих элементов в твердую фазу. Геохимические барьеры возникают не только на границе разных фаз, но и в однородной среде (например, при изменении pH условий подземных вод или концентраций отдельных компонентов раствора). Основными геохимическими барьерами, приводящими к самоочищению пресных подземных вод, являются окислительный (кислородный), восстановительный, щелочной (гидролитический и карбонатный), сульфидный, кислый, сорбционный гидроксидный и сорбционный глинистый.

Окислительный барьер заключается в окислении более растворимых восстановленных соединений в менее растворимые окисленные. В результате таких процессов даже на участках загрязнения данными элементами подземные воды могут сохранять свой первоначальный состав.

Восстановительный барьер характеризуется преобразованием более растворимых окисленных форм элементов с переменной валентностью в менее растворимые – восстановленные.

Щелочной гидролитический барьер возникает при увеличении pH среды. При этом многие элементы, мигрирующие в виде комплексов (Be

, Hg

, Cr

, Fe

, Mn

, Cu

), переходят полностью или частично в твердую фазу в виде гидроксидов (BeF

+2OH

 = Be(OH)

+ F

).

Действие щелочного карбонатного барьера основано на образовании труднорастворимых карбонатов катионогенных элементов и элементов-комплексообразователей (Fe, Mn, Со, Zn, Pb и др.).

Сульфидный барьер основан на образовании труднорастворимых сульфидов многих элементов-комплексообразователей и анионогенных элементов (Cd, Си, Hg, Ni, Pb, Zn, Mo, As, Sb). Условия действия этого барьера создаются в зонах сульфат-редукции, а также при подтоке сульфидных вод.

Сорбционный гидроксидный барьер основан на том, что свежеосажденные гидроксиды поливалентных элементов являются эффективными сорбентами.

Сорбционный глинистый барьер обусловлен наличием отрицательного заряда на поверхности глинистых минералов.

Как правило, в природных условиях всегда имеет место не один, а несколько геохимических барьеров. С позиции самоочищения подземных вод наиболее эффективными являются окислительные барьеры (для элементов с переменной валентностью) и сорбционные (для большинства элементов, содержащихся в воде в микроколичествах). Для органических веществ характерны также процессы саморазложения. В этом случае вещество продолжает мигрировать, но уже в виде продуктов химических и биохимических реакций. Важной характеристикой процессов самоочищения является скорость их протекания. Скорость химических реакций уменьшается при понижении температуры. Для приближенной оценки влияния температуры на скорость химической реакции можно пользоваться правилом Вант-Гоффа, из которого следует, что при понижении температуры на 100 °C скорость реакции уменьшается в 2–4 раза. Для биохимических реакций характерна зависимость их скорости как от температуры, так и от содержания кислорода. Для каждого вида микроорганизмов характерен свой температурный диапазон жизнедеятельности. При несоответствии температурных условий подземных вод этому диапазону жизнедеятельность микроорганизмов замедляется в десятки и сотни раз. Возможность загрязнения подземных вод с поверхности земли в значительной степени определяется защищенностью водоносных горизонтов.

Под защищенностью водоносного горизонта от загрязнения понимается его перекрытость отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли или из вышележащего водоносного горизонта. Защищенность зависит от многих факторов, которые можно разбить на две группы – природные и техногенные. К основным природным факторам относятся следующие: глубина до уровня подземных вод, наличие в разрезе и мощность слабопроницаемых пород, сорбционные свойства пород, соотношение уровней исследуемого и вышележащего водоносных горизонтов. К техногенным факторам прежде всего следует отнести условия нахождения загрязняющих веществ на поверхности земли и, соответственно, характер их проникновения в подземные воды, химический состав загрязняющих веществ и, как следствие, их миграционную способность, сорбируемость, химическую стойкость, время распада, характер взаимодействия с породами и подземными водами. Защищенность подземных вод можно охарактеризовать качественно и количественно. В первом случае в основном рассматриваются только природные факторы, во втором – природные и техногенные. Детальная оценка защищенности подземных вод с учетом особенности влагопереноса в зоне аэрации и характера взаимодействия загрязнения с породами и подземными водами требует, как правило, создания гидрогеохимической модели процессов проникновения загрязнения в водоносный горизонт. Качественная оценка может быть проведена в виде определения суммы условных баллов или на основании оценки времени, за которое фильтрующиеся с поверхности воды достигнут водоносного горизонта (особенности влагопереноса в зоне аэрации и процессы взаимодействия загрязнения с породами и подземными водами при этом не учитываются). Балльная оценка защищенности грунтовых вод детально разработана В. М. Гольдбергом. Сумма баллов, зависящая от условий залегания грунтовых вод, мощностей слабопроницаемых отложений и их литологического состава, определяет степень защищенности грунтовых вод.

Эксплуатация крупных горнодобывающих предприятий часто приводит к необратимым гидрогеологическим явлениям регионального масштаба. При осушении горных выработок откачиваются большие объемы воды, что вызывает формирование вокруг них депрессионных воронок радиусом в десятки километров. Часто добыча одной тонны полезного ископаемого сопровождается откачкой десятков и даже сотен тонн воды. В результате ухудшается водный баланс крупных территорий. Снижают свою производительность или выходят из строя водозаборы, попавшие в зону депрессионной воронки, нарушаются условия питания поверхностных водоемов и водотоков, развиваются мощные техногенные зоны аэрации, приводящие к нарушению естественной влажности почв и грунтов, просадкам и изменению химического состава подземных вод.

Влияние промышленности на подземные воды

Среди промышленных отходов основное значение в загрязнении подземных вод имеют промышленные стоки. Загрязнение происходит в процессе фильтрации сточных вод из накопителей, хвосто– и шламохранилищ или в результате их подземного захоронения. В сточных водах находятся как компоненты общего химического состава вод, так и микрокомпоненты, газы, органические вещества.

Конкретный состав сточных вод зависит и от отрасли промышленности, и от технологий, применяемых на данном предприятии. Часто источниками промышленного загрязнения подземных вод являются атмосферные осадки, насыщенные газодымовыми выбросами и продуктами испарения с поверхности полей фильтрации и накопителей сточных вод и отходов. Главными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются взвешенные вещества (пыль), оксид углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, углеводороды, фенолы, различные ядохимикаты и тяжелые металлы. Выбросы больших количеств сернистого ангидрида, оксидов углерода и азота обусловливают образование кислотных дождей с pH < 4. Такие осадки могут существенно изменить химический состав подземных вод за счет нарушения равновесия в системе «вода – порода». Концентрация в атмосферных осадках промышленных районов As, Se, Sb, Cr, V, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg и ряда других компонентов может в десятки и сотни раз превышать их фоновые значения. Попадая в почву, большинство из них сорбируются в зоне аэрации и вначале не фиксируются в значительных количествах в подземных водах. Однако сорбционная емкость пород не безгранична, и в условиях ее наполнения или изменения Eh-, pH-условий в зоне аэрации может произойти повсеместное загрязнение грунтовых вод с последующим перетеканием загрязняющих веществ в более глубокие горизонты.

Достаточно крупным источником загрязнения подземных вод в настоящее время является автомобильный транспорт. Влияние других транспортных магистралей в основном сказывается при возникновении аварийных ситуаций на железной дороге и нефте– и газопроводах.

Еще одним источником загрязнения являются необорудованные хранилища твердых отходов. Здесь может иметь место ветровой разнос загрязняющих веществ с дальнейшим их проникновением вместе с атмосферными осадками в грунтовые воды, а также непосредственное выщелачивание на месте, в результате чего под хранилищами твердых отходов часто образуются значительные ореолы некондиционных подземных вод.

Изменение гидрогеохимических условий на урбанизированных территориях

В городах имеют место все возможные виды антропогенного воздействия на окружающую среду, встречаются все известные типы загрязнения подземных вод. На урбанизированных территориях, помимо промышленного загрязнения, значительную роль играет загрязнение подземных вод коммунальными стоками. Кроме химического загрязнения, здесь часто присутствует радиоактивное, бактериальное, газовое и тепловое загрязнения. Специфической особенностью городских территорий является нарушенный гидрогеологический режим в связи с большой плотностью застройки, значительной площадью асфальтовых покрытий, густой сетью водонесущих коммуникаций и подземных инженерных сооружений. Для крупных городов характерны как значительное понижение уровней водоносных горизонтов, используемых для централизованного водоснабжения, так и повышение уровня грунтовых вод за счет утечек из водопроводной сети и уменьшения таких расходных статей водного баланса, как испарение и транспирация. Все это способствует усилению миграции загрязненных грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты. Во многих городах интенсивный отбор подземных вод сопровождается значительными проседаниями земной поверхности.

На урбанизированных территориях, как правило, присутствуют все факторы изменения химического состава подземных вод, связанные с понижением или повышением их уровня. Особое значение имеет процесс взаимодействия (в результате подъема уровня) подземных вод с техногенными отложениями. Также для городов характерно развитие электрохимических процессов. Этому способствует наличие под землей большого количества металлических конструкций и электрокабелей. Более подробно с эколого-гидрогеологическими проблемами, возникающими на урбанизированных территориях, можно познакомиться по материалам научных конференций и семинаров, посвященных данной проблеме.

Отдельным фактором воздействия на подземные воды в районе населенных пунктов является их эксплуатация в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения. В процессе откачки воды из скважин могут возникать те же отрицательные техногенные процессы, что и при осушении горных выработок. Отличие заключается в том, что при эксплуатации подземных вод особое внимание должно уделяться прогнозу их качества. Состояние подземных вод в районе водозаборного сооружения определяется многими факторами:

1) типом водозабора, граничными условиями водоносного горизонта;

2) характером естественного движения подземных вод;

3) фильтрационной неоднородностью пород (слоистой и плановой).

Для водозаборов, эксплуатирующих напорные водоносные горизонты, особое значение имеет конструкция буровых скважин. Это связано с тем, что при наличии выдержанного верхнего водоупора наиболее уязвимым местом для попадания в водоносный пласт загрязнения является затрубное пространство водозаборных скважин. В случае некачественной цементации обсадных труб возникают искусственные гидрогеологические окна, по которым загрязненные грунтовые воды могут беспрепятственно попадать в эксплуатируемый водоносный горизонт.

В целях предотвращения загрязнения подземных вод вокруг действующих водозаборов устанавливается зона санитарной охраны (см. ниже).