Гигиена водоснабжения. Учебное пособие - Юрий Лизунов

Некоторые органические вещества могут проявлять или заметно усиливать свой запах после хлорирования воды. Так, запах карболовой кислоты (фенола) исчезает при концентрации 18 мг/л, но после хлорирования воды образующиеся хлорфенольные соединения обнаруживаются в концентрации 0,005 мг/л, т. е. интенсивность запаха возрастает в 3600 раз. Аналогичное «провоцирование» запаха возникает при хлорировании воды, содержащей бензин, эфирные соединения. Данное обстоятельство нередко используется для обнаружения связи подземных вод с различными источниками загрязнений.

Вкус, привкус и запах воды определяются методом экспертных оценок по пятибалльной шкале (табл. 8). Определение вкуса проводится при температуре воды 20 °C, запаха – при 20° и 60 °C. При выдаче потребителю вкус, привкус и запах ее не должны быть выше двух баллов.

Таблица 8. Оценка вкуса, привкуса и запаха воды (по ГОСТ 3351–74)

Значение органолептических свойств воды трудно переоценить. Человек издавна научился определять доброкачественность воды по наиболее доступным и легко определяемым показателям – вкусу, запаху, мутности и цветности. Любое отклонение этих свойств от привычных и хорошо знакомых ощущений, свойственных чистой воде, вызывает защитную реакцию в виде отказа от использования сомнительной воды. И это имеет под собой прямую физико-химическую основу, ибо чистая природная вода не имеет посторонних запахов и привкусов, прозрачна и бесцветна. На этом основан один из принципов нормирования содержания химических веществ в воде – органолептический показатель вредности. Суть его заключается в том, что вещества, даже не относящиеся к группе токсичных (вредных), не должны значительно изменять вкус, запах, мутность и цветность воды.

2.1.2. Химический состав природной воды

Химический состав природной воды очень сложен, в ней обнаруживается более половины известных химических элементов таблицы Менделеева. К числу наиболее распространенных и важных в смысле влияния на качество природной воды ингредиентов следует отнести анионы – Cl1-, SO42-, НСO32-, СО32-, NO21-, NO31-, НРO31-, HS1-; катионы – Na1+, K1+, Ca2+, Mg2+, Mn7+, NH41+; плохо растворимые соединения алюминия и силиция (глины, пески); газы – O2, СO2, H2S, N2, CH4; органические соединения – гумусовые вещества, пептоны, аминокислоты, мочевина и другие продукты распада животных и растительных организмов; микроэлементы – йод, фтор, кобальт, свинец, мышьяк, цинк, селен, ртуть, хром и т. д.; радиоактивные вещества.

Сочетания и количественные соотношения перечисленных веществ в природной воде могут быть самыми разнообразными в зависимости от гидрогеологических условий местности, а также промышленной и хозяйственно-бытовой деятельности людей. Тем не менее всё их многообразие можно разделить на следующие основные группы: 1) вещества, указывающие на возможность загрязнения воды патогенными микроорганизмами; 2) вещества, имеющие положительное физиологическое значение; 3) вещества, обладающие токсическими свойствами; 4) вещества, влияющие на вкусовые и другие потребительские свойства воды. Такая классификация химических веществ природной воды, сформулированная на основе предложений начальника кафедры общей и военной гигиены Военно-медицинской академии профессора П. Е. Калмыкова (1948), открыла возможность для разработки единых норм химического состава, которым должна отвечать доброкачественная вода. Кроме того, эта классификация позволяет понять происхождение и гигиеническую значимость определяемых в воде веществ, что особенно важно при выборе источника водоснабжения.

Совершенно очевидно, что для гигиенической оценки качества воды основное значение имеют вещества, входящие в состав первой, второй и третьей групп. Они в первую очередь нуждаются в нормировании. Что касается четвертой группы, то содержание их в воде может быть самым различным, вплоть до пределов вкусовой ощутимости.

Рассмотрим более подробно вещества, составляющие перечисленные группы.

Показатели возможного загрязнения воды патогенными микроорганизмами

В эту группу включены наиболее важные в гигиеническом отношении вещества и показатели, характеризующие качество воды с эпидемиологической точки зрения. Сюда относятся соединения, содержащие азот, органические вещества, обусловливающие так называемую окисляемость воды, хлориды, фосфаты, растворенный кислород и биохимигеское потребление кислорода (ВПК), водородный показатель (рН).

Соединения азота

Азот в воде может находиться в составе как органических, так и неорганических соединений. Органический азот представлен продуктами биодеградации (разложения) белков животного происхождения типа низших пептидов, аминокислот, мочевины и т. п. Кроме того, сюда относится азот, входящий в состав микроорганизмов, низших растений и неразложившихся остатков высших растений. В сумме они представляют так называемый альбуминоидный азот.

Из неорганических соединений азота в природной воде встречаются ионы аммония (NH4), азотистой (NO2) и азотной (NO3) кислот. Они появляются в воде главным образом в результате конечного распада веществ белкового происхождения, т. е. аминокислот, мочевины и т. п. Причем вначале образуется аммиак:

RCHNH2COOH + Н2O → RCHOHCOOH + NH3

Под действием ферментов нитрифицирующих бактерий (Nitrosomonas) в присутствии достаточного количества кислорода аммиак окисляется до азотистой кислоты:

NH3 + O2 → HNO2 + H2↑

Ферменты микробного семейства Nitrobacter окисляют азотистую кислоту до азотной:

2HNO2 + O2 → 2HNO3

Аммиак (ион аммония) является более доступным для определения и довольно хорошим индикатором недавнего загрязнения воды органическими веществами белковой природы. Основные источники его поступления в водные объекты – животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий при использовании удобрений, а также сточные воды пищевой, коксохимической, лесохимической промышленности. Однако в некоторых случаях заведомо чистая вода может содержать ион аммония в весьма значительных количествах. Это относится к водам глубокого грунтового происхождения и к воде, содержащей гумусовые вещества. В первом случае аммиак образуется за счет восстановления нитритов и нитратов сернистыми соединениями. Так, по результатам исследования воды примерно шестидесяти артезианских скважин Москвы, содержание аммиака в них колебалось от 0,01 до 0,75 мг/дм3. Появление аммиака в поверхностных водах, содержащих большое количество гумусовых веществ, обусловлено тем, что они являются довольно сильными восстановителями, способными переводить нитраты в аммиак. В доброкачественной воде других источников аммиак, как правило, отсутствует или содержится в ничтожно малых количествах (не более 0,2 мг/дм3), поэтому в каждом случае следует разобраться в причинах и источнике его происхождения.

Нитриты (ионы азотистой кислоты) имеют более важное значение, чем ион аммония, для определения загрязненности воды органическими отбросами животного происхождения. «Присутствие в воде для питья даже одной азотистой кислоты уже в высокой мере делает исследуемую воду подозрительной с точки зрения ее загрязненности и требует очень внимательного обследования источника», – подчеркивал профессор Г. В. Хлопин (1913). Свои выводы он подтвердил данными исследования загрязненной воды многих водоисточников, где, как правило, обнаруживалась азотистая кислота. Наиболее вероятным условием обнаружения нитрит-иона в воде является наличие интенсивного распада относительно нестойких (животного происхождения) органических веществ белковой природы, сопровождающегося выраженным процессом нитрификации. Этим, по-видимому, и следует объяснить большое санитарно-показательное значение нитритов.

Присутствие в природных водах нитратов (ионов азотной кислоты) связано с дальнейшей нитрификацией аммонийных ионов (см. выше), поступлением промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, стоком с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются азотные удобрения. Нитрат-ион как показатель загрязнения воды имеет меньшее значение. Обнаружение его при отсутствии аммиака и нитритов указывает на загрязнение воды в прошлом, а в грунтовых водах – на загрязнение почвы, через которую они проходили. Контроль содержания нитратов, особенно в грунтовых водах, в настоящее время обусловлен, главным образом, их возможным токсическим действием. Исходя из этого, данный ингредиент воды рассматривается в группе веществ, оказывающих токсическое действие на организм человека.