2.2. Химическое загрязнение воды
На состав питьевой воды в Российской Федерации установлен государственный стандарт – ГОСТ 2874–82. В нем приведены предельно допустимые концентрации химических веществ и некоторые физические показатели. Часть этих ПДК и показателей дана в приложении к книге. Общее количество разрешаемых концентраций химических веществ и физических характеристик – 54.
Прежде чем давать характеристику основных регламентируемых веществ и свойств питьевой воды, необходимо остановиться на вопросе, сколько воды должен человек потреблять в сутки. Для различных регионов эта величина колеблется от 2 до 3,5 л в сутки в расчете на 60 кг веса человека. Естественно, в районах с жарким климатом при температуре выше 25 °C эта величина больше, так как человеку необходимо покрывать потери жидкости с потоотделением. Для ребенка с массой 10 кг норма составляет 1 л в сутки, с массой 5 кг – 0,75 л в сутки. При недостатке воды человек испытывает дискомфорт, а при избытке, который, к сожалению, в нашей стране часто имеет место, – нарушение функций организма. При этом имеется и экологический аспект – чем больше человек выпьет воды, тем сильнее он подвергнет себя риску получить дозу химического (микробиологического) загрязнения. Показатель потребления водопроводной воды на душу населения у нас в 1,5–2 раза выше, чем за рубежом: в странах западной Европы расходуется 200–250 л в сутки, а у нас – до 400 л в сутки; это очень неэкономно, так как для своих нужд (стирка, душ) человек расходует питьевую воду, очистка которой очень трудоемка и дорога.
Теперь остановимся на свойствах некоторых основных химических веществ, чаще всего встречающихся в питьевой воде.
Железо. Присутствует в земной коре в больших количествах, в питьевой же воде его концентрация не должна превышать 0,3 мг на литр. Оно может попадать в воду не только из источников, но и от чистящих веществ (коагулянтов) и вследствие коррозии стальных и чугунных труб системы водоснабжения. Интересно, что в небольших количествах железо является незаменимым элементом в питании человека; в целебных минеральных водах (например, «Ессентуках») его содержание достаточно высоко. Потребность в железе у человека в зависимости от пола, возраста, физиологического состояния и биологической активности находится в диапазоне от 10 до 50 мг в сутки. Иногда оксиды железа рекомендуется применять в виде пищевых добавок (во время беременности и грудного вскармливания).
В источниках водоснабжения на открытом воздухе железо может окисляться, что придает воде красновато-бурый оттенок, а так называемые железобактерии могут образовывать в трубах скопления слизи.
При высоких концентрациях в воде железо оставляет пятна на белье и на сантехнических изделиях. Железо может быть причиной мутности или цветности воды. Влияние железа в воде на здоровье человека не оценивалось, так как это вещество значительной опасности не представляет.
Марганца в земной коре также довольно много, и встречается он в ней обычно вместе с железом. Под действием кислорода марганец окисляется, что приводит к отложению его оксидов в трубах и появлению цветности воды. Суточное потребление марганца с пищей для взрослых составляет 2,8 мг. В микроскопических дозах он также незаменим для человека. Например, кто не знает марганцовку (перманганат калия) – прекрасное стерилизующее средство? В питьевой воде концентрация марганца по ГОСТу не должна превышать 0,7 мг на литр. При высоких концентрациях марганец является нейротоксичным, однако к сильнодействующим токсикантам, так же как и железо, марганец не относится. В трубах систем водоснабжения он образует пленку, которая отслаивается в виде твердого осадка. Так же как и железо, марганец является причиной образования пятен на белье и сантехнических изделиях; с помощью микроорганизмов он придает воде неприятные привкус, запах и мутность.
Медь не такое безобидное вещество, как железо и марганец, и очень хорошо, что водопроводные трубы уже не делают из меди. В малых количествах медь при потреблении с пищей незаменима (1–3 мг в сутки). Содержание меди в питьевой воде не должно превышать 1,0 мг на литр. Длительное и чрезмерное потребление меди может вызвать цирроз печени, особенно у новорожденных детей при их искусственном вскармливании. В системах водоснабжения медь ускоряет коррозию оцинкованного железа и стальной арматуры. При концентрации более 1 мг на литр медь вызывает появление пятен на белье и на санитарно-технических изделиях. При 5 мг на литр медь влияет на цветность воды (цвет зеленый) и придает ей горький вкус. У Ильфа и Петрова есть выражение: «Во рту у него было ощущение, что он час сосал медную дверную ручку».
Сульфаты – это соединения серы, которые часто встречаются в минералах и в отходах химической и нефтехимической промышленности. Они могут попадать в источники водоснабжения и с промышленными стоками, и с атмосферными осадками. При высоком содержании сульфатов происходят обезвоживание организма и желудочно-кишечные расстройства. Допустимое содержание сульфатов в воде значительно – 500 мг на литр, но уже при 250 мг на литр у воды появляется заметный привкус. Интересно, что добавка в дистиллированную воду 270 мг на литр сульфата кальция и 90 мг на литр сульфата магния улучшает ее вкус. Сульфаты являются наименее токсичными анионами.
Хлориды поступают в воду из природных источников, из промышленных и поверхностных городских стоков, которые содержат соль, используемую зимой для борьбы с гололедом на дорогах. Основное количество хлоридов поступает в организм человека с пищей, а не с питьевой водой. Кстати, соль (хлорид натрия) называют «белой смертью»: ее избыточное потребление опасно для организма. Однако, по мнению автора и вопреки рекомендациям Брегга, умеренное потребление соли не только безопасно, но и комфортно: нельзя прожить жизнь «не солоно хлебавши». В пищу желательно употреблять йодированную соль. Хлориды инициируют коррозию труб, что в свою очередь увеличивает содержание в воде металлов. Хлориды имеют меньший порог вредности, чем сульфаты (до 350 мг на литр), но уже после 250 мг на литр у воды появляется ощутимый солоноватый привкус.
Цинк содержится в воде в виде солей и органических соединений. В микродозах этот элемент необходим человеку, и содержанию цинка в организме человек обязан в основном пищевым продуктам. В питьевой воде его концентрация не должна превышать 5 мг на литр (за рубежом рекомендуется не более 3 мг на литр). Цинк придает воде вяжущий привкус. При концентрации более 5 мг на литр на воде при кипячении образуется жирная пленка. Увеличение содержания цинка по сравнению с источником определяется его вымыванием из оцинкованных металлов водопроводной сети.
Алюминий в природе широко распространен: его содержание в земной коре достигает 8 %. В питьевую воду он поступает не только из источников водоснабжения, но и из труб системы водоснабжения, а также как составная часть осадителей вредностей, применяемых для очистки воды (коагулятнов). Допустимая концентрация алюминия в воде в 10 раз ниже, чем у цинка (0,5 мг на литр). Избыток алюминия отрицательно воздействует на мозг человека (возникает опасность заболевания болезнью Альцгеймера). Это означает, что людям, предрасположенным к этой болезни, нужно тщательно очищать воду или пользоваться дистиллированной водой. При большом содержании алюминия (более 0,2 мг на литр) в воде происходит оседание хлопьев гидрохлорида алюминия.
Бериллий из всех приведенных выше элементов наиболее опасен, его допустимая концентрация составляет всего 0,0002 мг на литр. Основной причиной этого являются канцерогенность и мутагенность бериллия. Он взаимодействует в организме человека с ДНК и вызывает генные мутации. К счастью, в воде его содержание ничтожно (если только источник водоснабжения не находится у места залегания бериллиевых руд). Кроме того, он плохо всасывается в желудочно-кишечный тракт. Остается только сожалеть, что, пожалуй, самый красивый драгоценный камень изумруд является бериллятом.
Молибден необходим для нормальной жизнедеятельности человека, и его количество в рационе питания одного человека должно составлять 0,1 мг в сутки. Содержание молибдена в питьевой воде не должно превышать 0,25 мг на литр.
Мышьяк является сильно выраженным канцерогеном; он вызывает рак кожи. К сожалению, с питьевой водой он поступает в организм человека в таком же количестве, что и с пищей. Допустимая концентрация мышьяка в воде 0,05 мг на литр (за рубежом 0,01 мг на литр). Мышьяк оказывает мощное единовременное токсическое воздействие. К счастью, мода на использование мышьяка по назначению (для травли в доме мышей) безвозвратно прошла. В любом случае препараты, содержащие мышьяк, надо держать подальше от детей.
Нитраты и нитриты появляются в питьевой воде при интенсификации сельскохозяйственной деятельности человека. Их допустимая концентрация в воде довольно высока – 45,0 мг на литр. Примерно такое же количество нитратов человек получает при употреблении в пищу овощей. Образование в организме N – нитрозосоединений вследствие попадания в него нитратов инициирует раковые заболевания, главным образом рак желудка. Наиболее уязвимыми при этом являются искусственно вскармливаемые младенцы в возрасте менее 3 месяцев. Поэтому особенно в этот период родителям необходимо тщательно следить за качеством воды и за потреблением овощей. Содержание нитратов в воде определить достаточно просто даже в домашних условиях с помощью бытового нитратомера типа Морион (см. главу 4). Зная о наличии этой вредности в воде, можно самим обеспечить экологическую безопасность семьи в этом отношении. Нитриты более опасны, чем нитраты (хотя их в воде меньше); допустимая концентрация нитритов составляет 3 мг на литр. Для учета суммарной вредности нитратов и нитритов в смеси рекомендуется использовать формулу, аналогичную применяемой для смеси газов:
где: К – концентрация нитросоединения, (мг на литр).
ПДК – его предельно допустимая концентрация (мг на литр).
Свинец имеет довольно низкий показатель предельного содержания в питьевой воде – 0,03 мг на литр, что свидетельствует о его высокой токсичности. В промышленности его применяют для изготовления аккумуляторов, а также в виде припоев и сплавов. Интересно, что в древнем Риме для подачи воды из источников использовали трубы, изготовленные из свинца. Свинец имеет свойство накапливаться в костях скелета. От этого особенно страдают дети до 6 лет и беременные женщины. Значит, именно для них воду необходимо очищать от этого токсиканта; период выведения его из организма у детей значительно продолжительней, чем у взрослых. Кроме того, свинец влияет на центральную и периферическую нервную систему, что отражается на поведенческой реакции человека. У врачей есть также опасение, что свинец способствует образованию опухолей на почках. Органические соединения свинца, главным образом тетраэтилсвинец, использовались раньше в качестве антидетонаторов в бензине и до их запрещения успели сильно зягрязнить почву городов вдоль автомобильных дорог. Поэтому вблизи автотрасс нельзя собирать ягоды, грибы съедобные и лекарственные травы и выращивать овощи – это опасно для жизни! Целесообразно заменить свинец в припоях и запретить применение содержащих свинец труб и арматуры в системах водоснабжения, а также принять меры для предотвращения коррозии внутри этих систем.
Селен из перечисленных веществ по токсичности уступает только бериллию. Его допустимая концентрация в воде составляет 0,001 мг на литр. Но, как это часто бывает в природе, он совершенно необходим человеку и в микроскопических дозах входит в состав ферментов и белков. Селен хорошо растворяется в воде и активно всасывается в кишечник. Излишнее потребление селена у человека вызывает поражение ногтей, волос и печени (воистину «слишком хорошо – это плохо»). Кроме того, он вызывает ревматоидный артрит. Основным источником селена, к счастью, являются зерновые культуры, мясо и рыба, а не питьевая вода; содержание селена в этих продуктах зависит от географической зоны их получения.
В дополнение к перечисленным выше веществам, содержащимся в питьевой воде, можно указать аммиак, сурьму, асбест, барий, бор, кадмий, хром, цианиды, фториды, сероводород, ртуть, никель, серебро, натрий, неорганическое олово. Из этих веществ особенно опасны: сурьма, которая является канцерогеном; асбест, который отслаивается от асбоцементных труб и вызывает возникновение опухолей желудочно-кишечного тракта; барий, способствующий развитию сердечно-сосудистых заболеваний; хром, который также является канцерогеном, только желудочно-кишечного тракта; цианиды, воздействующие на щитовидную железу и на нервную систему; фториды, вызывающие флюороз зубов и скелета человека; ртуть, поражающая почки и центральную нервную систему; причем от нее особенно страдают беременные женщины и кормящие матери; сероводород, имеющий запах тухлых яиц, кадмий, который попадает в окружающую среду при утилизации электрических батарей и аккумуляторов, а также при курении (основной мишенью ракового поражения кадмием являются почки). Что касается кадмия, то этот металл потенциальный отравитель почвенных слоев, питающих родники. В составе группы экологов автор проводил анализ воды, взятой из родников Борисовских прудов Москвы; анализ показал чрезмерно высокое содержание в воде кадмия. Таблички с данными анализа, поставленные у родников, не помогают – до сих пор старушки приходят к родникам за водой, не зная того, что из-за зарытой на берегу прудов свалки электроаккумуляторов пить эту родниковую воду нельзя.
Помимо приведенных выше неорганических элементов в питьевой воде могут присутствовать органические и сложные химические соединения. Их огромное множество, и их влияние на организм человека весьма разнообразно. Но на некоторых из них стоит остановиться.
Четыреххлористый углерод подозревается в канцерогенности, так же как и дихлорметан. Хлорированные этилены являются токсикантами, которые воздействуют на гены человека. Ароматические углеводороды, особенно бензол, отрицательно действуют на центральную нервную систему, а стирол к тому же, накапливаясь в жировых отложениях человека, является канцерогеном. Полициклические углеводороды также являются канцерогенами, причем из них наиболее опасен бенз(а)пирен. Акриламид воздействует на половые клетки и нарушает репродуктивную функцию человека. Нитрилотриуксусная кислота находится в составе моющих средств, заменяя фосфор при очистке бойлерной воды от минеральных веществ; она является цитотоксикантом, то есть отрицательно воздействует на организм человека на клеточном уровне. Возможно, поэтому не следует употреблять для приготовления пищи горячую воду из-под крана. Органические соединения олова являются иммунотоксичными.
Большинство органических соединений разрушается при кипячении воды. Этим простейшим методом очистки воды в быту пренебрегать нельзя.
Пестициды, которые «дарит» нам сельское хозяйство, обладают, как правило, мутагенным и канцерогенным воздействием на человека.
Органолептические вещества опасны при потреблении воды из непроверенных родников. В составе группы экологов автору приходилось анализировать воду из родников, бьющих из-под кладбищ в Капотне и в Коломенском (Москва). В некоторых из них находились органолептиды. Применение такой воды, во всяком случае без кипячения, опасно для здоровья.
