5.6. Загрязнение подземных и поверхностных вод и здоровье населения

Возникновение заболеваний передающихся водным путем обусловлено внешней средой и встречается практически во всех регионах мира. При этом загрязненные воды могут долгое время продолжать использоваться, если водопотребители не осознают угрозу здоровью. Это имеет место, когда загрязнение не вызывает изменения вкуса или цвета, или нет другого альтернативного источника водоснабжения. Возникновение заболеваний может быть вызвано как избытком, так и недостатком тех или иных компонентов в воде. Достоверно установлена связь между заболеваниями сердечно-сосудистой системы и минерализацией, жесткостью или мягкостью воды; незначительного содержания натрия и калия, сульфатов и хлоридов с заболеваниями раком желудка. Повышенное содержание натрия приводит к увеличению заболеваний гипертонической болезнью.

Обобщение и анализ научных исследований позволяет выделить 3 группы общих причин, вызывающих заболевания связанные с использованием воды и которые обусловлены естественными и техногенными факторами (табл. 24).

Избыток или недостаток тех или иных элементов в водах, определяемый естественными факторами, зависит от геологических условий, состава почв и грунтов, дифференциации вещества в ландшафтах и др.

Исследованиями установлено, что распространение раковых заболеваний в Беларуси тяготеет к районам развития девонских отложений. Хотя в Беларуси покровными отложениями являются ледниковые, но они почти на 80% и более состоят из девонского материала, и в этих районах используются воды, циркулирующие в подстилающих девонских породах.

Таблица 24

Причины заболеваний человека, связанные с использованием воды

Причины	Загрязняющие компоненты	Заболевания
1.Использование водопроводной воды в питьевых целях: • Недостаточно очищенной; • Не отвечающей стандартам качества, по причине не совершенства водообеспечивающего оборудования (коррозия труб, наличие в материале, применяемом для производства труб, токсичных веществ и др.); • Подвергшейся очистке веществами, способствующими возникновению заболеваний. 2. Использование вод в рекреационных целях: • Не достаточно чистой воды, или воды предназначенной только для отдельных видов использования. 3.Употребление бутилированной воды	Fe, Mn, F, NO3, Cr, Cu, Pb, As, Ni, 90Sr, 137Cs, 241Am, бактерии, вирусы и др. Cl, I и др. производные от них. Тяжелые металлы, радиоактивные элементы, бактерии, вирусы. Хлориды, карбонаты, Pb, Cd, бактерии и др.	Нарушение процессов кроветворения, метаболизма, болезни пищеварительного тракта, повреждения печени, почек, язва желудка, заболевания мочевого пузыря, нарушение работы сердца, поражение центральной нервной системы. Раковые заболевания мочевого пузыря, прямой кишки; нарушения функционирования щитовидной железы. Заболевания кожи, инфекционные желудочные заболевания. Желудочно-кишечные.

В целом для республики, используемые в питьевых целях подземные воды, отличаются повышенным содержанием железа, марганца и пониженным – фтора и йода.

Железо является необходимым элементом в питании. Оно содержится в ряде биологически важных белков, например миоглобине, запасающем кислород в мышцах, железосодержащих органических соединениях, например дыхательный пигмент гемоглобин, а также во многих окислительно-восстановительных ферментах. Дефицит или повышенное содержание железа отрицательно влияет на организм.

Повышенное содержание железа в пресных подземных водах определяется физико-географическими и геолого-гидрогеологическими условиями территории республики. Часто его концентрации достигают 1,5–3,0 и даже 5–10 мг/дм³ (ПДК – 0,3 мг/дм³). До 60% всех скважин республики, а на Полесье около 80% характеризуются превышением его ПДК. Наиболее высоким содержанием железа (до 20–30 мг/дм³), присутствующего в подземных водах в основном в закисной форме, отличаются грунтовые воды, связанные с болотными массивами. Для напорных вод также прослеживается связь между степенью заболоченности территории и условиями ожелезненности подземных вод. Воды, содержащие повышенные концентрации железа требуют применения мероприятий по их обезжелезиванию. Однако республика испытывает недостаток в этом комплексе очистных сооружений.

Марганец играет важную роль в обмене веществ и влияет на процессы кроветворения. Повышенные концентрации марганца – до 0,5–1,0 мг/дм³ (ПДК – 0,1 мг/дм³) в региональном плане соответствует распространению железосодержащих вод.

Фтор относится к группе биологически активных химических элементов, оказывающих непосредственное влияние на процессы метаболизма человека. Избыток фтора (более 1,5 мг/дм³) в питьевой воде приводит к флюорозу (пятнистому поражению эмали) и последующему разрушению зубов, а недостаток (менее 0,7 мг/дм³) – ведет к кариесной патологии зубов. Его верхний предел допустимых концентраций (ПДК – 1,5 мг/дм³) в водах Беларуси превышается в единичных случаях на ограниченных участках. Высокие концентрации фтора отмечаются в водах юрских (гг. Гомель (0,8–0,9 мг/дм³), Речица (2,2 мг/дм³), девонских – 0,05–4,3 мг/дм³ (гг. Борисов, Березино и др.) и верхнепротерозойских (гг. Минск, Вилейка и др.) отложений. Так в различных районах г. Минска его концентрации в водах верхнего протерозоя изменяются от 0,45–1,4 до 2,5–3,0 мг/дм³. Установлено, что минерализованные воды характеризуются, как правило, повышенным содержанием фтора, но в высококонцентрированных минеральных водах его содержание снижается.

В широко эксплуатируемых с целью хозяйственно-питьевого водоснабжения водах, содержание фтора, обычно низкое (менее 0,7 мг/дм³). Наиболее бедны фтором воды четвертичных (0,05–0,2 мг/дм³) и неоген-палеогеновых (не более 0,2 мг/дм³) отложений.

Многие металлы (Cr, As, Pb и др.) обращают особое внимание, с одной стороны как загрязнители окружающей среды, с другой как потенциальные источники токсикологического риска. Например, мышьяк кадмий и свинец широко распространены в окружающей среде. Деятельность человека постоянно вносит изменения в естественное распространение этих металлов в природе, все время, увеличивая их концентрации. Поэтому появление As, Cr, Pb, Cd в питьевых водах рассматривается в качестве приоритетных загрязнителей при водоснабжении многих регионов мира. В качестве примера рассмотрим источники поступления в водную среду и влияние на здоровье человека некоторых из них.

Основными источниками загрязнения природных вод As являются сточные воды производства серной кислоты и удобрений, рудообогатительных комбинатов, теплоэлектростанций и металлургических заводов. Преобладающими формами миграции мышьяка в подземных водах являются арсенит-ионы H₂AsO₄-, HAsO₄^2-.

Употребление воды с повышенным содержанием As может являться причиной возникновения сосудистых заболеваний, заболеваний кожи, легких, мочевого пузыря.

Хром обычно встречается в трех формах: металлический (Cr), трехвалентный (CrIII) и шестивалентный (CrVI). Из всех известных форм, шестивалентная самая токсичная, которая образуется при производственных процессах из трехвалентного Cr. Значительные его концентрации могут вызывать повреждения печени, почек, раздражение пищеварительного тракта, язву желудка и смерть.

Хром в воду попадает, как правило, либо при осаждении из атмосферы, с загрязненной пылью, либо при непосредственном сбросе сточных вод (металлообрабатывающей, электронной, электротехнической, текстильной промышленности) его содержащих в водоемы и на дневную поверхность.

В загрязненных подземных водах CrVI находится в форме ионов (CrO₄^2-, HCrO₄^- и др.) или комплексных соединений.

Основная доля техногенного свинца поступает в гидролитосферу со сточными водами рудообогащения, цветной металлургии, машино- и приборостроительной, электротехнической, нефтеперерабатывающей и химической промышленности. В загрязненных водоносных горизонтах миграционные формы свинца представлены ионами и комплексами (Pb⁺, PbOH⁺ и др.), свинецорганическими соединениями.

В различных геохимических провинциях Беларуси наблюдается идентичность встречаемости ряда микроэлементов в подземных водах. Наибольшая встречаемость принадлежит Mn (80–100%), затем следуют Pb, Cu, Ni, Ti, V и др. При этом для разных районов характерны различные тенденции в накоплении тех или иных элементов в грунтовых и поверхностных водах. Так, например, на территории Брестского Полесья максимальное содержание Pb, V, Ni, Mn и Ti отмечается в поверхностных водах, тогда как для этих же микроэлементов в водах территории Припятского и Гомельского Полесья отмечается обратная картина. Обычно концентрации микроэлементов в подземных водах не превышают ПДК. Например, в питьевых водах г. Минска содержание (мкг/дм³): Cr – 0,05–0,29 (ПДК – 50), Pb – 0,05–0,39 (ПДК – 30), As – 0,27–1,32 (ПДК – 50). В тоже время устанавливается связь между повышенным содержанием отдельных микроэлементов и техногенным, как правило, промышленным загрязнением. Загрязнение подземных вод хромом до 0,32 мг/дм³ было зафиксировано на одном из водозаборов у г. Борисов, цинком (до 10 мг/дм³) – на водозаборе г. Гродно, мышьяком (до 0,15 мг/дм³) и свинцом (до 0,125 мг/дм³) в г. Минске. Аналогичная закономерность прослеживается и для поверхностных вод, в которых они зачастую превышают ПДК в несколько раз. Например, концентрации меди (ПДК – 1,0 мг/дм³) в р. Лошица (г. Минск) составляли 30 ПДК, а содержание в р. Свислочь никеля и марганца равнялось 4 и 14 ПДК соответственно.

Загрязненные нитратами питьевые воды могут представлять серьезную опасность для здоровья человека. Использование вод в питьевых целях, в которых присутствуют повышенные концентрации нитратов, может приводить к острым желудочно-кишечным расстройствам, влияет на активность ферментов пищеварительной системы, метаболизм витамина А и деятельность щитовидной железы, нарушается работа сердца и поражается центральная нервная система. В организме человека нитраты восстанавливаются до нитритов, которые окисляют железо в гемоглобине, переводя его из двухвалентного в трехвалентное. Образующийся метгемоглобин не способен осуществлять обратимое связывание кислорода, что приводит к отравлению организма. Некоторые исследования не исключают и возникновение определенных форм диабета.

Нитратное загрязнение подземных вод на территории республики, в большинстве случаев, обнаруживается в сельскохозяйственных колодцах и неглубоких скважинах пробуренных на грунтовые и межморенные водоносные горизонты четвертичного возраста. Литературные данные [188, 189, 190 и др.] и проведенные авторские исследования позволяют сделать вывод, что максимальное содержание нитратов фиксируется, как правило, в грунтовых водах залегающих на незначительной глубине от дневной поверхности, при отсутствии с поверхности водонепроницаемых грунтов. Здесь их концентрации зачастую превышают ПДК в 5–7 и более раз, при этом наибольший размах концентраций нитрат-иона связан с глубинами до 10 м, а максимальные его значения приурочены к интервалу глубин 2–5 м. Как отмечается, такая закономерность, вероятно, является принципиальной, когда наиболее высокие концентрации нитратного загрязнения характерны для глубин до 10 м. Подобное распределение нитратов в геологическом разрезе достаточно отчетливо соотносится с мощностью зоны аэрации и влиянием на режим грунтовых вод метеофакторов. В интервале глубин 1,5–4 м такое влияние обнаруживает наиболее сильную связь, которая затем снижается с увеличением мощности зоны аэрации до 10 м.

Загрязнение межморенных водоносных горизонтов зависит от мощности и степени водопроницаемости перекрывающих их морен, поэтому с увеличением глубины залегания водоносных горизонтов наблюдается резкое сокращение содержания нитратов до их полного отсутствия. Такое их поведение, вероятно, может быть связано и с процессами биохимической редукции, что обеспечивает естественное частичное самоочищение грунтовых вод.

Таким образом, для территории республики устанавливаются определенные закономерности в поведении NO₃^--иона и его влиянии на состав подземных вод по следующим показателям:

– происходит увеличение минерализации вод до 0,6–0,8 г/дм³, при этом их состав характеризуется как гидрокарбонатный магниево-кальциевый, для которого в условиях республики наиболее распространенной является величина минерализации 0,2–0,5 г/дм³;

– происходит преобразование состава вод, в которых NO₃^--ион становится либо вторым после HCO₃^--иона, либо занимает лидирующее место, а так же отмечается рост содержания Cl^-, SO₄^2-, Na⁺.

Радиоактивное загрязнение территории республики и потенциально возможное нахождение радионуклидов в источниках водоснабжения требует серьезного изучения возможностей попадания их в повышенных концентрациях (больше ПДК) к потребителю. Это особенно важно, так как, например, питьевое водоснабжение г. Гомель базируется на водах р. Сож, а также значительное число водозаборов Гомельской области подземных вод и колодцев функционирует на водах первых от поверхности водоносных горизонтов.

Большинство экспертных оценок сводятся к тому, что в настоящее время внутреннее облучение в большинстве своем формируется за счет продуктов питания. В тоже время необходимо учитывать возможность поступления радионуклидов водным путем или с продуктами водного происхождения, например с рыбой.

Известно, что хлорированная вода сильно повышает растворимость некоторых форм плутония. Радиоактивный цезий распределяется в организме примерно одинаково, поэтому радионуклиды цезия облучают не отдельные органы, а организм в целом. Радионуклиды стронция и плутония имеют тенденцию адсорбироваться костной тканью и, следовательно, задерживаться в организме длительное время (их биологическая задержка составляет десятилетия). Хотя плутоний и стронций плохо адсорбируются стенкой кишечника, облучение пищеварительного тракта может быть значительным.

Потенциальную опасность, в том числе для водных ресурсов, представляет проблема загрязнения территории изотопами плутония и в частности ²⁴¹Am. Уже сейчас его вклад в общее загрязнение территории радионуклидами составляет 50%, в 2060 г. составит 66,8%, а снижение его активности до уровня 3,7 кБк/м² ожидается после 2400 г. Внутренне облучение этими изотопами оказывает негативное влияние на системы кроветворения, костную ткань и другие органы, а при контакте с телом человека могут воздействовать на кожу и глаза.

Одной из причин возникновения заболеваний связанных с употреблением воды может являться ухудшение ее качества по причине несовершенного водообеспечивающего оборудования (коррозия водопроводных труб и емкостей). Коррозионно-активные воды могут приводить к выщелачиванию металлов из водопроводов и водораспределительных систем и загрязнению воды. Необходимо отметить, что воды многих месторождений подземных вод Беларуси обладают высокой коррозионной активностью, что способствует возникновению вторичного загрязнения воды в металлических водопроводных трубах и емкостях. Износ труб центральных систем водоснабжения республики составляет 40–80%, из-за чего 60% водопроводных сетей находится в аварийном или близком к нему состоянии и качество питьевой воды в них не соответствует нормативам.

Особое место при оценке пригодности использования воды в питьевых целях отводится проблеме влияния хлорированной воды на здоровье человека.

Практика хлорирования воды с целью ее обеззараживания от биологического загрязнения широко распространена во всем мире. Однако в процессе очистки воды, природные органические вещества могут вступать в реакцию с хлором, что приводит к появлению ряда галогенсодержащих углеводородов, например трихлорметана, который приводит к канцерогенному загрязнению воды.

Большое количество исследований подчеркивают возможную связь между потреблением воды подвергнутой хлорированию и возникновением раковых заболеваний мочевого пузыря, прямой кишки. Ряд последних исследований выявили взаимосвязь между хлорированием воды и неблагоприятной рождаемостью (преждевременные роды, специфические дефекты, например, малый вес у новорожденных, увеличение смерторождаемости).

На пути снижения использования хлора в процессах очистки воды предусматривается ряд шагов. Изучается вопрос о применении диоксида хлора. В отличие от обычного хлора его диоксид не приводит к образованию высоких концентраций трихлорметана и он более эффективен, чем хлор. Однако и в случае использования диоксида хлора обнаруживаются вторичные токсичные вещества, хотя и в более низких концентрациях, чем при использовании хлора, а также соединения мутагенные и токсикологические свойства которых еще не известны.

Другим альтернативным методом очистки вод широко распространенным в Европе, является озонирование – процесс внедрения озона и кислорода в воду. По мнению ряда исследователей, процесс озонирования воды является более приемлемым дезинфекцирующим методом, чем хлорирование. Но в последнее время, установлено ряд потенциально опасных для здоровья продуктов получающихся при взаимодействии озона с веществами, содержащимися в природных водах.

Большое значение в организме человека имеет йод. Он является наиболее простым, дешевым и эффективным средством дезинфекции воды и необходим для людей, которые работают и проживают в районах, где качество водопроводной воды не удовлетворяет требованиям. Йод – это галоген такой же, как и хлор, который оказывает биологический эффект, в силу того, что он является сильным окислителем. Наиболее активными дезинфекцирующими разновидностями являются обычный йод и соль йодистоводородной кислоты – йодид.

Йод имеет ряд преимуществ над хлором – более химически стабильный продукт реакции, меньше вступает в реакции с органическими азотными загрязнителями оставшимися в воде, более приемлемый вкус воды при равнозначных дозах применения. Известно, что его недостаток приводит к заболеваниям щитовидной железы и нарушениям обмена веществ. Его используют главным образом при йодизации поваренной соли, а иногда и при йодизации воды, для снижения заболеваний зоба. В целях профилактики получило распространение использование различных растворов на основе йода, йодированных таблеток и др. Исследования показывают, что взрослому человеку необходимо 150–200 мкг йода в день.

Однако поступление в организм йода может также оказывать негативное влияние на функционирование щитовидной железы, при этом максимально безопасный уровень йода при длительном его употреблении остается нерешенным. Специалисты полагают, что употребление 1–2 мг йода в день безопасно для большинства людей, а эмпирические данные указывают, что и более высокие концентрации обычно переносятся без проблем.

Основная масса заболеваний связанных с использованием некачественных рекреационных водных ресурсов является следствием инфекционной этимологии и вызываются различными паразитами, бактериями и вирусами. Заболевания в результате воздействия различных паразитов могут происходить во время пользования людьми прудами, фонтанами, расположенными в черте города в парках, скверах и т.д., являющихся частью городского ландшафта и используемые в качестве рекреационных объектов, как правило, в культурных и эстетических целях. Вода в них не предназначена для купания или использования в питьевых целях и не удовлетворяет соответствующим нормам, а возникновение заболеваний может быть обусловлено элементарной безграмотностью отдыхающих.

Определенную опасность представляет радиоактивное загрязнение водных объектов используемых в рекреационных целях. В зависимости от вида использования рекреационного водоема радиоактивные вещества могут поступать в организм человека контактным/бесконтактным способом оральным или эпидермальным путем или через трофические цепи: «вода→рыба→человек» и «вода→донные отложения→бентос→млекопитающие/птицы→человек». Увеличение радиоактивности вод вследствие поверхностного смыва или взмучивания донных отложений выступает лимитирующим фактором, а в некоторых случаях вызывает необходимость полного исключения проведения рекреационной деятельности на отдельных участках бассейнов рр. Днепр и Припять.

В отдельную группу, напрямую не связанную с основными факторами можно выделить потенциальную возможность возникновения заболеваний при использовании бутилированной воды – употребление бутилированной воды не соответствующей стандартам качества, по причине изначального несоответствия стандарту при производстве, либо потери качества с течением времени при хранении или некачественной упаковке.

Бутилированная вода является одним альтернативных источников чистой питьевой воды и особенно в тех случаях, когда качество водопроводной не соответствует стандартам. Она имеет ряд преимуществ перед водопроводной. Водопроводная вода подвергается хлорированию, в связи, с чем свойства ее ухудшаются. Бутылочная же вода проходит фильтрование и озонирование, что не отражается на ее вкусовых свойствах.

В то же время зачастую товаропроизводитель по ряду причин не указывает на бутылочных этикетках реальный состав и свойства воды. При этом для того, чтобы продать товар ему придаются самые оригинальные названия («кристальная», «родниковая» и др.) совершенно не отражающие сути содержимого. Зачастую, не соответствует качеству и сама тара, долгосрочное взаимодействие воды, с которой приводит к ухудшению качества последней. В некоторых случаях в воде может фиксироваться повышенное содержание хлоридов, карбонатов, свинца, кадмия.

Исследованиями установлено, что указание на этикетках отдельных торговых марок («Улыбка», «Дарида» и др.) в наименовании минеральной воды как лечебно-столовой не соответствует приведенному на ней составу, где указывается содержание фтора 3,0–3,3 мг/дм³. Хотя эти воды должны применяться только под контролем врача, поскольку при такой концентрации фтора они относятся к лечебным питьевым, в которых верхний его предел определяется в 5 мг/дм³.