Вода

Вода́

(Н2О)

жидкость без запаха, вкуса, цвета; самое распространенное природное соединение.

По физико-химическим свойствам В. отличается аномальным характером констант, которые определяют многие физические и биологические процессы на Земле. Плотность В. возрастает в интервале 100—4°, при дальнейшем охлаждении уменьшается, а при замерзании скачкообразно падает. Поэтому в реках и озерах лед как более легкий располагается на поверхности, создавая необходимые условия для сохранения жизни в водных экологических системах. Морская В. превращается в лед, не достигая наибольшей плотности, поэтому в морях происходит более интенсивное вертикальное перемешивание воды.

Теплоемкость В. изменяется нелинейно: она достигает наименьших значений при температуре около 37°, когда метаболические реакции в организме наиболее интенсивны. Высокая диэлектрическая постоянная В объясняет причину ее значительной ионизирующей силы. В. — слабый проводник электрического тока, ее электропроводность увеличивается при наличии растворенных солей, что позволяет определить концентрацию солей по величинам удельной проводимости. Высокая устойчивость молекул В. в сочетании с электрическими характеристиками делает ее универсальным растворителем, поэтому в ней всегда обнаруживаются многочисленные химические соединения (в природной В. содержится большая часть химических элементов таблицы Д.И. Менделеева). Промышленная деятельность человека приводит к появлению в В. ряда органических и неорганических соединений, что определяет необходимость гигиенического контроля за их количеством. Многие, особенности В. по сравнению с близкими по строению веществами объясняются строением ее молекулы, самой маленькой из трехатомных молекул, и структурой пространственной сетки водородных связей.

Разнообразие свойств В. определяется ее различным изотопным составом. Кроме трех изотопов водорода (протий, дейтерий, тритий) известны 8 изотопов кислорода. Теоретически число изотопных разновидностей В. может составлять 48, но из них лишь 9 устойчивые. В тяжелой воде (D2O) угнетается биологическая активность живых организмов: микробы гибнут, семена растений не прорастают, нарушается развитие животных. В 1 т речной воды содержится до 150 г тяжелой В., в океанской — до 165 г, в озерной — до 170 г. В дождевой В. тяжелой В. больше, чем в снегу. Попытки отнести В., в которой содержится большое количество D2O, к разряду мертвой воды не получили убедительных доказательств. Структурой и составом пытались также объяснить феномен «живой воды». Так, некоторые исследователи считают, что талая В. ускоряет биологические процессы. Однако экспериментальных доказательств зависимости биологических свойств В. от ее молекулярной структуры в литературе нет. При магнитной обработке В. изменяется растворимость некоторых оксидов металлов. Это нашло практическое применение при подготовке В. для горячего водоснабжения.

По количеству растворенных неорганических солей В. делят на маломинерализованную (до 100 мг/л), умеренно минерализованную (100 мг — 1 г/л) и высокомине-рализованную, или солоноватую (1—25 г/л), соленую (25—50 г/л).

Вода является важнейшей составной частью живого организма, в теле взрослого человека она составляет 65—70% его массы. Очень высоко ее содержание в продуктах питания, например в мясе — до 79%, в рыбе — до 85%, в растительных маслах и фруктах — до 78—97%. В составе всех живых организмов планеты в целом содержится лишь вдвое меньше В., чем во всех реках Земли. Без пищи человек может прожить 65—70 дней, без В. — несколько дней. При потере воды в количестве, равном 6—8% массы тела, наблюдается выраженное Обезвоживание организма: утрата воды, составляющая 10—20% массы тела, опасна для жизни.

В условиях умеренного климата человек потребляет 1,5 л воды в сутки, а с учетом ее содержания в пищевых продуктах, соках, напитках — 2,5—3 л. При физической работе средней тяжести в умеренном климате водопотребление составляет 4 л, в жарком — 5—6 л, в горячих цехах или в условиях пустыни — до 11 л в 1 сут. Общее количество В., необходимое для 1 жителя в сутки, зависит не только от климата, но и от степени благоустройства населенного пункта, культурного уровня населения, традиций и др. (см. Водоснабжение).

Состав и свойства В. зависят в первую очередь от условий ее формирования. В биосфере, в процессе круговорота В. ее химический состав может существенно изменяться При формировании подземных вод, в зависимости от состава водоносных горизонтов В. включает в себя различные растворимые минеральные соли и микроэлементы природного происхождения. Возможно загрязнение подземных вод производственными отходами животноводческих ферм в результате фильтрации из накопителей сточных вод или закачки промышленных сточных вод в глубокие подземные горизонты.

Для поверхностных вод характерны высокое содержание взвешенных веществ, сезонные изменения состава и подверженность загрязнению. Основными источниками загрязнения являются хозяйственно-бытовые, промышленные, ливневые стоки, а также стоки с территории предприятий по переработке с.-х. продуктов и речного транспорта. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных стоков, как правило, является основной причиной ухудшения состава поверхностных вод. Количество загрязняющих В. веществ составляет от 1,5 до 3—4 тыс.

Согласно гигиеническим требованиям к качеству питьевой В., она должна быть безопасной в эпидемическом отношении, безвредной по химическому составу и обладать удовлетворительными органолептическими свойствами. При гигиенической оценке качества В. используют следующие показатели: наличие патогенных микроорганизмов и возбудителей паразитарных заболеваний; концентрация химических веществ, и т.ч. радиоактивных; изменение органолептических свойств (наличие запаха, привкуса, окраски, появление пены, пленки, мутности).

Показателем качества В. в водном объекте служит санитарный режим водоемов, который определяется процессами естественного самоочищения. Нарушение интенсивности и направленности этого процесса под влиянием загрязняющих веществ может привести к изменению условий развития и отмирания патогенной для человека микрофлоры, а также водно-экологических систем, принимающих участие в деструкции и минерализации органических соединений биогенного и антропогенного происхождения. Следствием этого может быть зарастание водного объекта различными растениями или ухудшение кислородного режима и органолептических свойств воды, а также изменение внешнего вида водного объекта — появление плавающих примесей, эвтрофирование («цветение») воды, биологическое обрастание берегов и дна. При пониженных температурах в зимний период интенсивность процессов естественного самоочищения резко падает, и поэтому особенно неблагоприятным считается подледное поступление сточных вод в водные объекты.

Широко известны многочисленные случаи эпидемий водного происхождения (тифопаратифозных заболеваний, дизентерии, холеры, лептоспирозов, вирусного гепатита, туляремии и заболеваний, вызываемых энтеровирусами). Через В. происходит заражение гельминтами и простейшими (амебами, лямблиями). Заражение происходит при питье В. или контакте с ней через поврежденную (лептоспиры) или неповрежденную (церкарии, шистосомы) кожу. Потребление питьевой В., содержащей химические вещества в повышенных концентрациях, приводит к заболеваниям. например, при содержании в В. фтора выше 1,5 мг/л возникает флюороз, при содержании нитратов в воде выше 45 мг/л нитратная метгемоглобинемия, или токсический цианоз, особенно у детей до 1 года; с повышенной минерализацией В. связано развитие мочекаменной болезни. Известны случаи нарушения состояния здоровья из-за потребления В., содержащей также высокие концентрации мышьяка, стронция, свинца, бора, хрома и др.

Наибольшую опасность представляют поступающие в В. токсические вещества промышленного происхождения: тяжелые металлы, пестициды, хлор- и азотсодержащие соединения, минеральные удобрения. Такая опасность возникает не только при использовании В. для питья, но и за счет способности токсических веществ накапливаться в гидробионтах, растениях и последовательно через пищевые цепочки поступать в организм человека. Доказана возможность проникновения жирорастворимых химических веществ через неповрежденную кожу при купании, особенно у детей. Некоторые присутствующие в В. химические вещества вызывают раздражение кожи и слизистых оболочек.

Неудовлетворительные органолептические свойства В. могут являться причиной ограничения водопользования или полного отказа от употребления такой В. для питья, приготовления пищи, мытья, стирки белья. Нарушение органолептических свойств В. (посторонние запахи, привкус, окраска, наличие пены, пленки на поверхности, усиление мутности и др.) обусловливается ее загрязнением различными химическими веществами, многие из которых безвредны для человека, разложением органических веществ (водорослей и др.) при «цветении» водных объектов или изменением структуры и свойств вещества в процессе подготовки В. для целей водоснабжения. Развитие атомной промышленности потребовало повышенного внимания к оценке опасности загрязнения В. радионуклидами, особенно долгоживущими. Так же как и токсические вещества, они могут накапливаться в водной среде и в звеньях пищевых цепей.

В целом неудовлетворительное качество питьевой В. оказывает значительное влияние на состояние здоровья населения. Так, по данным ВОЗ, в развивающихся странах потребление недоброкачественной В. является ежегодно причиной гибели нескольких сотен тысяч человек, Масштабы распространения острых кишечных инфекций (500 млн. случаев в год, причем около 80% заболеваний приходится на развивающиеся страны) связывают с нехваткой или плохим качеством питьевой В. Различные заболевания могут возникать не только при питье недоброкачественной В., но и при рекреационном водопользовании, при употреблении немытых овощей, выращиваемых на полях орошения, из-за нехватки В. для целей личной гигиены. Установлено, что 1100 млн. людей на Земле не обеспечено доброкачественной В. Не случайно десятилетняя программа улучшения водоснабжения для обеспечения каждого человека на Земле доброкачественной водой в достаточном количестве выдвинута ВОЗ в качестве глобальной медицинской и социальной задачи для всех стран.

В СССР качество питьевой воды регламентируется ГОСТ «Вода питьевая» (№ 2874—82). Допустимое содержание в питьевой В. некоторых химических веществ представлено в таблице. Регламентировано также содержание веществ, влияющих на органолептические свойства питьевой воды: железа, марганца, меди, цинка, сульфатов, хлоридов и др.

Таблица

Допустимое содержание в питьевой вода некоторых химических веществ

Прямым критерием безопасности питьевой В. в эпидемическом отношении является отсутствие в ней патогенных микроорганизмов. Однако прямое определение в В. патогенной флоры — сложная в техническом отношении задача, поэтому используются косвенные показатели ее качества. Они основаны на установленной при эпидемиологических наблюдениях связи между количеством микроорганизмов-сапрофитов и загрязнением В. возбудителями кишечных заболеваний. К таким показателям относятся общее количество микроорганизмов, определяемых в 1 мл воды при выращивании на питательной среде (не должен превышать 100 в 1 мл), а также количество кишечных палочек: коли-индекс — количество кишечных палочек в 1 л воды (не более 3), или коли-титр, т.е. количество воды в миллилитрах, в котором содержится только 1 кишечная палочка (не менее 300 мл). Однако кишечная палочка не всегда может служить санитарным показателем при контроле эффективности очистки воды, в частности от вирусных загрязнений, поэтому в зависимости от санитарно-эпидемической обстановки может проводиться прямое определение вирусной микрофлоры.

Организация централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения является эффективным мероприятием по профилактике кишечных инфекций водного происхождения. Если с помощью прививок удается уменьшить заболеваемость брюшным тифом в 5—8 раз, то при правильной организации водоснабжения заболеваемость снижается в 8—12 раз. Обеззараживание, т.е. освобождение В. от патогенной микрофлоры химическими и физическими способами, может проводиться путем хлорирования, озонирования, обработки В. с помощью УФ-облучения, ультразвука и др. Наиболее часто применяется хлорирование В. — введение в нее хлора в виде газа, хлорной извести, хлорамина и других ее производных. Хлор относится к наиболее активным окислителям и дезинфектантам, его обеззараживающий эффект объясняется подавлением активности ферментов, необходимых для жизнедеятельности патогенных микроорганизмов. Обеззараживание хлором предусматривает применение дозы, превышающей хлорпоглощаемость В. Разницу между количеством введенного хлора и хлорпоглощаемостью В. (количеством прореагировавшего хлора) называют остаточным хлором (оптимальная его концентрация после 30-минутного контакта в пределах 0,3—0,5 мг/л). При использовании хлора и наличии в В. гуминовых соединений, фульвокислот и некоторых других органических веществ могут образовываться галогенсодержащие органические соединения. Типичным их представителем является хлороформ. Некоторые из этих веществ обладают слабой онкогенной активностью, но обычно они образуются в малых количествах (в микрограммах на 1 л).

При необходимости снизить количество хлора в В. применяют методы дехлорирования — реагентные (гипосульфит натрия, тиосульфит натрия, железный купорос, сернистый газ) или безреагентные (активированный уголь и кокс).

Обеззараживание В. проводится также УФ-облучением. Это физический безреагентный метод, основанный на воздействии биологически активной части УФ-излучения на микроорганизмы. Его источники (ртутно-кварцевые лампы) используют в установках погруженного и непогруженного типов. Менее распространены методы обеззараживания В. ультразвуком, ионами серебра и др. Одним из перспективных методов обеззараживания питьевой В. является ее озонирование.

Методы обезвреживания В. направлены, в первую очередь, на удаление солей или газов природного происхождения, находящихся в ней в избыточном количестве (например, обезжелезивание, умягчение, удаление избытка марганца, сероводорода, метана, обесфторивание и др.). В отдельных случаях это осуществляется добавлением активированного угля, а обезвреживание небольших количеств В. достигается с помощью ионно-обменных смол и мембранных методов. Для снижения содержания в В. галогенсодержащих веществ эффективны ее аммонизация, дополнительная коагуляция, аэрация и фильтрация через гранулированным активированный уголь.

В природных водах концентрация железа колеблется от сотых долей до десятков миллиграммов на 1 л. В подземных водах содержатся соли двухвалентного железа, в поверхностных водах — в виде коллоидных и тонкодисперсных взвесей гуматов, оксидов железа и др. Поскольку концентрация железа в питьевой В. не должна превышать 0,3 мг/л, применяют методы снижения его содержания — обезжелезивание — аэрацию с последующим удалением выпавшего гидроксида железа (для подземных вод) или известкование, коагуляцию и катионирование (для поверхностных вод).

В ряде случаев необходимо добавление к В. тех или иных солей с целью повышения концентрации в ней элементов, содержащихся в недостаточном количестве, или улучшения органолептических свойств. Так, установлено, что заболеваемость кариесом зубов зависит от содержания в питьевой В. ионов фтора, а максимальное содержание фтора в В. зависит от водопотребления и в различных климатических регионах варьирует от 0,7 до 1,5 мг/л. При фторировании воды с целью профилактики кариеса целесообразно постигать концентраций, составляющих 70—80% от ПДК. Вместе с тем фторирование В. связано с применением дорогостоящих препаратов, дополнительных дозирующих устройств, необходимостью в противокоррозионной защите резервуаров и коммуникаций на водопроводных станциях, а также с обеспечением безопасных условий труда персонала, а из обработанной В. только незначительная часть используется собственно для питьевых целей и приготовления пищи. Поэтому продолжается поиск и изучение более экономичных и эффективных методов профилактики кариеса зубов: фторирование пищевой соли, зубных паст, применение профилактической обработки зубов фторсодержащими растворами и др.

В ряде регионов необходима профилактика эндемического флюороза, вызываемого повышенным содержанием фтора в питьевой воде. В тех случаях, когда нет возможности заменить источники водоснабжения другими, отвечающими гигиеническим требованиям, или разбавлять В. с высоким содержанием фтора водой, содержащей малые его количества, необходимо снижение концентрации фтора путем дефторирования.

Одним из специальных видов очистки В, является опреснение — снижение в ней концентрации минеральных солей. Для этих целей используют дистилляцию, электрохимические методы, например электродиализ, ионный обмен, обратный осмос и вымораживание. Наиболее широко применяют метод дистилляции, позволяющий обессолить воду с любым исходным уровнем минерализации. В СССР с 1973 г. в городе Шевченко эксплуатируется первая в мире атомная опреснительная станция, производящая ежесуточно из морской воды 160000 м3 пресной В. Для опреснения морских и маломинерализованных вод может применяться метод обратного осмоса, а методы электродиализа и ионного обмена — преимущественно для мало- и слабоминерализованных вод. При использовании опресненных вод для питьевых целей необходима дополнительная коррекция их солевого состава.

Существующие способы очистки В. достаточно эффективны в отношении взвешенных и коллоидных веществ, микроорганизмов, но малоэффективны в отношении растворенных токсических веществ. Поэтому качество питьевой В. по химическим показателям находится в прямой зависимости от качества исходной В. источников водоснабжения. Учитывая ограниченную барьерную роль водопроводных очистных сооружений, в ГОСТ «Вода питьевая» внесено положение о том, что концентрация химических веществ, не указанных в ГОСТ, но присутствующих в воде в результате промышленного, сельскохозяйственного и бытового загрязнений, не должна превышать ПДК, утвержденные МЗ СССР для воды водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Многообразие источников загрязнения поверхностных вод, включая и значительно удаленные от водозабора, потребовало создать систему мер по предупреждению загрязнения поверхностных вод. В «Правилах охраны поверхностных вод» предусмотрена охрана водных объектов трех видов водопользования»; 1) источников хозяйственно-питьевого водоснабжения; 2) водных объектов культурно-бытового и рекреационного водопользования; 3) водоемов рыбохозяйственного использования, для которых критерии качества оговорены особо. Положениями этого документа регламентируется качество В. в пунктах водопользования как по общим требованиям (взвешенные вещества, запахи, привкусы, биохимическое потребление кислорода, минеральный состав и др.), так и по содержанию специфических вредных веществ (ингредиентов промышленных сточных вод и других источников загрязнения водных объектов), Перечень предельно допустимых концентраций веществ в водоемах, утвержденный МЗ СССР, включает около 1,5 тыс. веществ. Другие положения Правил направлены на запрещение или ограничение сброса сточных вод с тем, чтобы содержание вредных веществ в пунктах водопользования не превышало ПДК. Специальные нормативные требования предъявляются к качеству В. рекреационного водопользования, включая моря, а также водохранилища, малые реки, оросительно-обводнительные каналы. В основу всех этих требований положены гигиенические показатели качества воды (ПДК веществ в воде, обобщенные требования и показатели эпидемической безопасности водопользования).

Лабораторно-производственный контроль за качеством питьевой В. проводится в местах водозабора, перед поступлением в сеть, а также в распределительной сети. Перечень показателей лабораторно-производственного контроля выбирается с учетом местных природных и санитарных условий. Контроль осуществляется организациями, в ведении которых находятся системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Государственный санитарный надзор за хозяйственно-питьевым водоснабжением проводят учреждения санитарно-эпидемической службы.

Библиогр.: Авакян А.Б., Санин М.В. и Эльпинер Л.И. Опреснение воды в природе и народном хозяйстве. М., 1987; Гигиеническая оценка вредных веществ в воде, под ред. Г.Н. Красовского, М., 1987; Руководство по гигиене водоснабжения, под ред. С.Н. Черкинского, М., 1975; Руководство по контролю качества питьевой воды, пер. с англ., М., ВОЗ, 1986; Технические записки по проблемам воды, пер. с англ., под ред. Т.А. Карюхиной и И.Н. Чурбановой, М., 1983; Шевелев Ф.А. и Орлов Г.А. Водоснабжение больших городов зарубежных стран, М., 1987.