Гигиена водоснабжения. Учебное пособие

© ООО «Издательство „СпецЛит"», 2009

Условные сокращения

БПК – биохимическое потребление кислорода

ВОЗ – Всемирная организация здравоохранения

ДДТ – дихлордифенилтрихлорэтил

ДТС-ГК – двутретьосновная соль гипохлорита кальция

ЗСО – зона санитарной охраны

ИЗВ – индекс загрязнения воды

ИЭР – импульсный электрический разряд

Кс – коэффициент суточной неравномерности

Кч – коэффициент часовой неравномерности

КЭС – квартирно-эксплуатационная служба

ЛКП – лактозоположительные кишечные палочки

МАИР – Международное агентство по изучению рака

МТК – мелкие трубчатые колодцы

НГК – нейтральный гипохлорит кальция

НРБ – норма радиационной безопасности

ОВ – отравляющие вещества

ОКБ – общие колиформные бактерии

ОМЧ – общее микробное число

ПАУ – полициклические ароматические углеводороды

ПДК – предельно допустимая концентрация

ПХБ – полихлорированные бифенилы

РВ – радиоактивные вещества

СДЯВ – сильнодействующие ядовитые вещества

СОЗ – стойкие органические загрязняющие вещества

СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества

СПМО – санитарно-показательные микроорганизмы

ТГМ – тригалометаны

ТКБ – термотолерантные колиформные бактерии

ТХДД – тетрахлордибензо-п-диоксин

ТХДФ – тетрахлордибензофуран

УЗ – ультразвук

УФ – ультрафиолетовый

ХПК – химическое потребление кислорода

рН – водородный показатель

ТОС – показатель общего органического углерода

Предисловие

Современные представления о роли воды в создании благоприятных условий жизнедеятельности населения, обеспечении устойчивого развития экономики позволяют считать водный фактор одним из определяющих в жизни человеческого общества. Пресные воды в настоящее время становятся главным полезным ресурсом, наличие их во многом будет определять возможность не только развития, но и существования отдельных государств. При условии сохранения сложившихся структуры использования воды и культуры водопотребления во многих странах мира к 2025 г. возникнет критическая ситуация с водными ресурсами: около 40 % населения Земли будет жить в условиях острой нехватки пресной, особенно питьевой, воды (Шикломанов И. А. [и др.], 2002).

В России, несмотря на большие в целом запасы пресной воды, на протяжении последних 25–30 лет проблема водоснабжения выдвинулась в число наиболее острых социальных проблем. Снижение водообеспеченности, наблюдаемое в ряде регионов страны, ухудшение экологической обстановки и санитарного состояния источников воды требуют принятия серьезных организационных и технических решений. Нельзя не учитывать, что в условиях нарастающего антропогенного загрязнения природной среды заметно возросла роль воды как фактора обеспечения социального благополучия и здоровья населения и одновременно как элемента риска распространения инфекционных, особенно вирусных, заболеваний.

К сожалению, в настоящее время ощущается явный дефицит учебной литературы для студентов медицинских институтов, отражающей современное состояние гигиены водоснабжения. Вышедшие за последние пять лет учебное пособие «Коммунальная гигиена» (2005) и «Руководство по гигиене питьевой воды и питьевого водоснабжения» (2008) (оба – под редакцией В. Т. Мазаева), а также учебное пособие «Гигиена водоснабжения войск» (издательство Военно-медицинской академии, 2008) ориентированы преимущественно на системы послевузовского профессионального образования. В связи с этим возникла необходимость издания соответствующего пособия, рассчитанного на программу подготовки студентов по специальности «Лечебное дело».

Все замечания и пожелания авторы примут с благодарностью в надежде учесть их при переиздании пособия.

Глава 1. Вода в природе и ее значение для человека

1.1. Водные ресурсы Земли

Вода относится к числу наиболее важных природных ресурсов планеты, не имеющих замены. От ее наличия и качества зависит состояние здоровья людей, уровень их санитарно-эпидемиологического благополучия, степень комфортности и, как следствие, социальная стабильность общества. Исключительная роль воды осознавалась людьми с древнейших времен. Один из семи великих мудрецов древности, основоположник греческой науки, философ, математик и астроном Фалес Милетский (624–548 гг. до н. э.) считал, что вода как жидкое, подвижное, всепроникающее явилась первоначалом и сущностью всего. Эта философская оценка роли воды не отрицается и в наше время: согласно теории известного российского ученого А. И. Опарина жизнь на планете зародилась в водной среде.

Общее количество воды на Земле (гидросфера) составляет примерно 1,5 млрд км³. Однако основная ее масса (около 94 %) представлена соленой водой океанов и морей. На долю пресной воды приходится менее 2 % и сосредоточена она в основном в ледниках Гренландии и Антарктиды. Таким образом, для использования в хозяйственно-питьевых целях доступно менее 0,2 % от общего количества воды – это вода рек, озер, водохранилищ, почвенная влага, пары атмосферы и верхние водоносные горизонты земной коры (табл. 1).

Земная вода находится в постоянном кругообороте. Под влиянием солнечной радиации с поверхности океанов, морей, рек, озер, почвы и растительности ежегодно испаряется 525 тыс. км³ воды. Большая часть этой влаги выпадает в виде атмосферных осадков непосредственно на поверхность океанов и морей, совершая так называемый малый круговорот. Большой круговорот представляет собой многообразный процесс перемещения, расходования и возобновления влаги на земной поверхности, в недрах земли и в атмосфере. Атмосферные осадки, орошая поверхность материков, частично просачиваются в почву, частично стекают по склонам и образуют ручьи, реки, озера, болота. Поглощенная почвой вода частью испаряется, частью просачивается вглубь и формирует подземные воды. Последние участвуют в питании рек, озер или достигают моря подземными путями. Упрощенная схема круговорота воды в природе представлена на рис. 1.

Таблица 1. Запасы воды на земном шаре (Львович М. И., 1969)

Рис. 1. Схема круговорота воды (Горский Н. Н., 1962)

Роль воды неизмеримо высока. Без нее невозможно существование животного и растительного мира. Вода регулирует климат планеты, выступает в качестве одного из основных ландшафтнообразующих факторов, в значительной мере определяющих тип почвы и вид растительного покрова; является важнейшим условием протекания геологических процессов, кругооборота веществ в природе. Великий русский ученый, основоположник учения о биосфере академик В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества… которое ее бы не заключало» (Вернадский В. И., 1936).

Без воды невозможно осуществление хозяйственной и промышленной деятельности людей. Вода необходима для большинства технологических процессов в промышленности, производства энергии, стали, чугуна, добычи полезных ископаемых. Нормами водопотребления в промышленности на производство 1 т продукции предусмотрен расход от 200 до 2000 м³ воды. Сельское хозяйство и животноводство также требуют значительных затрат воды: на производство 1 т зерна необходимо 1000 м³; картофеля – 500–1500 м³; говядины – 15000–70000 м³.

Основными потребителями воды являются жилищно-коммунальное хозяйство, атомные и тепловые электростанции, сталеплавильные заводы и бумажные фабрики, сельскохозяйственные гидромелиоративные системы.

Вода имеет важное рекреационное значение. Наличие водоемов дает возможность для полноценного отдыха, занятия спортом, рыбалкой, что важно для поддержания физического и психического здоровья людей. Внутригородские декоративные водоемы и фонтаны, кроме того, имеют серьезное эстетическое и градообразующее значение, в определенной мере снижая моральный и экологический прессинг, оказываемый на человека современной городской средой.

Таким образом, современные представления о роли воды в создании благоприятных условий жизнедеятельности населения, обеспечении устойчивого развития экономики позволяют считать водный фактор одним из определяющих в жизни человеческого общества. Пресные воды в настоящее время становятся главным полезным ресурсом. Начиная с 70-х гг. XX в. обеспечение водой становится одной из главных мировых экологических и социальных проблем. Несмотря на большие в целом запасы пресной воды, над человечеством нависает угроза «водного голода». Потребность в воде с каждым годом возрастает. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодный прирост водопотребления составляет около 4 % и каждые 20 лет удваивается. Между тем средняя водообеспеченность населения Земли за последние 30 лет XX в. уменьшилась в 1,7 раза, главным образом за счет увеличения его численности. По прогнозам ученых, к 30-м годам XXI в. более половины населения Земли будет испытывать недостаток пресной питьевой воды. Уже в настоящее время на планете такой дефицит ощущают более двух миллиардов человек.

Проблема нехватки питьевой воды становится одной из глобальных проблем XXI в. Водообеспечение напрямую связано с проблемой безопасности в условиях взаимозависимого мира. Возрастает вероятность военных конфликтов за право владеть источниками пресной воды. Вода превращается в один из решающих факторов геополитики.

С целью экономии воды в индустриально развитых странах Западной Европы, где особенно остро ощущается ее недостаток, развивается и законодательно поощряется водосберегающая технология в промышленности, разрабатываются более совершенные бытовые приборы, значительно сокращающие расход чистой воды. Если в середине 80-х гг. XX в. стиральные машины в Германии расходовали 100–120 л воды на одну стирку, то к 2000 г. – лишь 60–70. В 1960-х гг. в Японии для производства товаров на 1 млн долларов требовалось 50 млн л воды, в 1990-х этот показатель сократился до 13 млн.

Обеспокоенность мирового сообщества наличием и использованием воды демонстрируется тем, что на протяжении последней четверти XX и в начале XXI в. обеспечение водой населения Земли неоднократно обсуждалось на самых представительных международных форумах. На одном из них, проходившем в 2003 г. в Душанбе, 2005–2015 гг. объявлены десятилетием чистой природной воды. Решением конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де-Жанейро в 1992 г., 22 марта ежегодно отмечается как Всемирный день воды.

1.2. Проблемы водоснабжения населения России

Россия по запасам воды относится к высокообеспеченным странам, ее водный потенциал превышает 30 тыс. м³/год на одного человека. Для сравнения, на одного жителя в Европе приходится 4,6, в Азии – 5,2, в среднем на одного жителя Земли – 9,0 тыс. м³/год воды. В одном лишь озере Байкал сосредоточено около одной пятой части всех мировых запасов пресной воды планеты. Тем не менее на рубеже 90-х гг. XX в. в стране все более стала проявляться напряженная обстановка с обеспечением населения доброкачественной водой.

Одна из причин такого положения – неравномерность распределения водных ресурсов: около 90 % речного стока приходится на зону Сибири, Дальнего Востока и Север европейской части России, тогда как 80 % производственного потенциала и 85 % населения сосредоточено в центральных и южных районах страны (табл. 2). В европейской части страны речной сток составляет менее 3 тыс. м³/год на человека, т. е. лишь десятую часть общероссийского уровня. Это ниже удельной водообеспеченности населения в Европе и намного ниже среднего мирового показателя. Вода в данном регионе расценивается как стратегический ресурс, составляющий предмет государственной безопасности и определяющий здоровье населения.

Таблица 2. Водообеспеченность экономических районов России (Государственный доклад «Вода питьевая», 1995)

В этой связи большое значение приобретает необходимость бережного отношения к воде. Следует признать, что в целом в России эта задача пока еще в полной мере не осознана. В городах Западной Европы удельное (в среднем на одного человека) водопотребление составляет 150–170 л в сутки. В России на 2002 г. эта величина составила в среднем 260 л, а в ряде регионов – от 300 до 500 л и выше. Непроизводительные потери воды в разводящих сетях (утечки, аварии) достигают 20–40 %. В стране в целом преобладает расточительное водопользование в промышленности и быту, увеличение водоемкости производства. Возврат воды в водоемы происходит не в полной мере. Годовой сток рек центральных и южных районов страны к 2000 г. снизился в целом на 30–50 %. Практически исчерпаны возможности допустимого водоотбора в бассейне Кубани и Терека, где показатель количественного использования воды составил к 1999 г. соответственно 81,3 % и 48 % от среднемноголетнего стока. К верхнему пределу допустимого использования водных ресурсов близки реки Урал (23,9 %) и Дон (22,4 %). В Нижнем Поволжье, Калмыкии, Ставропольском крае в настоящее время постоянно ощущается недостаток воды.

Второй, не менее важной, причиной является неудовлетворительное состояние водных объектов и их нерациональное использование. Как отмечается в Государственном докладе «Вода питьевая» (1995), в результате антропогенного загрязнения около 70 % рек и озер и 30 % запасов подземных вод утратили свое значение как источники питьевого водоснабжения. Лишь 1 % воды поверхностных источников обеспечивает получение доброкачественной питьевой воды при существующих технологиях водоподготовки. Для России это особенно чувствительно, поскольку 68 % коммунальных водопроводов питаются водой именно из поверхностных источников. По данным Роспотребнадзора, в 2006 г. почти каждая третья проба воды из водоемов I категории (используемых для хозяйственно-питьевых целей) не отвечала гигиеническим нормам по санитарно-химическим показателям, почти каждая четвертая – по микробиологическим. В отдельных регионах доля неудовлетворительных проб воды источников водоснабжения превышала 50–80 %. В целом более половины населения страны, а в некоторых регионах до 70 %, вынуждены пользоваться водой, не отвечающей требованиям гигиенических нормативов.

Прогрессирующее загрязнение поверхностных и подземных вод во многих районах приводит к сокращению возможности использования водных ресурсов, изменяет их химический состав и нарушает экологию. В результате экологических изменений происходит повсеместное ухудшение условий жизни и здоровья людей, развивается общая заболеваемость, расширяются ареалы опасных инфекций. Из года в год регистрируется значительное число вспышек заболеваний населения острыми кишечными инфекциями, вирусным гепатитом А и другими инфекционными болезнями, передающимися через воду. Основные виды заболеваний, связанных с потреблением некачественной воды, представлены в табл. 3.

Помимо прямого влияния на здоровье и работоспособность населения загрязнение водоисточников наносит также ощутимый экономический ущерб. Рост уровня загрязненности водоемов в результате сброса неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод требует внедрения на станциях водоподготовки новых дорогостоящих методов очистки питьевой воды, совершенствования очистных сооружений. Увеличиваются расходы реагентов, электроэнергии, износ водопроводных сетей и сооружений. В целом в загрязненных водоемах удельные затраты на водоподготовку в 1,5–2,5 раза выше по сравнению с относительно благополучными участками.

Таблица 3. Заболевания, связанные с потреблением некачественной воды (Рахманин Ю. А. и др., 1995)

Для сохранения водных ресурсов, уменьшения последствий «водного голода» необходимо проведение комплекса мероприятий, которые можно разделить на два направления. Наиболее важным из них следует признать сохранение качества природных вод путем уменьшения выпуска и более эффективной очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, применения передовых технологий, снижающих количество вредных выбросов в водоемы. Второе направление предусматривает рациональное использование водных ресурсов, экономию воды для бытовых и производственных нужд, снижение водоемкости производства, борьбу с необоснованными ее потерями.

Таким образом, обеспечение населения и хозяйственного комплекса России водой становится одной из главных социально-экономических проблем.