Scientific basis for the standardization of drinking water quality

Abstract

The adoption in 1974 of the new GOST 2874-73 "Drinking water" marks the further development of preventive health care in the prevention of waterborne infectious and non-infectious diseases. The standards are guided without fail in the design and implementation of sanitary and sanitary measures in the field of water supply.

Full Text

Принятие в 1974 г. нового ГОСТА 2874-73 «Вода питьевая» знаменует дальнейшее- развитие профилактического здравоохранения в области предупреждения водных инфекционных и неинфекционных заболеваний. Нормативами стандарта руководству­ются в обязательном порядке при проектировании и осуществлении санитарных и- санитарно-технических мероприятий в области водоснабжения.

В настоящее время ведущим направлением стало изучение влияния внешней сре­ды на организм, здоровье и условия жизни населения, а также разработка на этой основе гигиенических нормативов с использованием экспериментальных методов иссле­дования.

В первой группе нормативов определяются бактериологические показатели. Вна­чале нормативы бактериального состава питьевой воды по кишечной палочке опира­лись на общее представление об эффективности процессов очистки и обеззараживания, воды на водопроводах в сопоставлении с эпидемиологическими наблюдениями. В даль­нейшем были проведены экспериментальные исследования, которые показали большую резистентность кишечной палочки по сравнению с патогенными микроорганизмами. Так, С. С. Спасский выявил, что коли-индекс, равный 3, может служить надежным» ^показателем эффективного обеззараживания водопроводной воды хлором при зараже­нии ее возбудителями бруцеллеза. Коли-индекс, равный 3, дает определенную степень гарантии в отношении профилактики водных вспышек дизентерии, поскольку появление наиболее устойчивой из группы дизентерийных микробов — палочки Зонне — наблю­дается только при возрастании коли-индекса до 18. Менее стойкая палочка Флекснера появляется в хлорированной воде при коли-индексе 45 (В. П. Ласкина). Бактерии брюшного тифа неизменно проявляли меньшую устойчивость к хлору, чем кишечные палочки (T. С. Бедулевич).

В то же время В. А. Рябченко и Е. Л. Ловцевич установили, что кишечная палоч­ка не может быть надежным показателем эффективности обеззараживания воды, со­держащей энтеровирусы. Для обеззараживания воды от энтеровирусов необходимо увеличить дозу облучения примерно в 2—3 раза по сравнению с дозой, необходимой для обеззараживания воды, содержащей кишечную палочку. Аналогичные выводы были сделаны Б. П. Сучковым при исследовании озонирования питьевой воды, содер­жащей патогенные бактерии и вирусы. По данным Е. Л. Ловцевич, отсутствие кишеч­ной палочки не может служить санитарным показателем обеззараживания питьевой воды от энтеровирусов активным хлором. Такой же вывод был сделан Е. Л. Ловцевич при обеззараживании воды ультрафиолетовыми лучами. Эксперименты были постав­лены с водой, содержащей энтеровирусы и кишечную палочку в близких концентра­циях. Между тем в водоемах обычно наблюдается большое количественное преобла­дание кишечной палочки над любым из кишечных вирусов. Эта особенность была учтена в исследованиях С. Н. Черкинского и др. Они показали, что обработка воды хлором и ультрафиолетовыми лучами обеспечивает обеззараживание ее от кишечной палочки и дает такой же эффект и в отношении энтеровирусов при условии, если содержание в ней последних будет не менее чем в 1000 раз ниже количества кишечной палочки. Дальнейшие исследования, основанные на более точных данных о коли­чественном соотношении вирусов и кишечной палочки в воде, позволят сделать более достоверные выводы по этому вопросу.

Во второй группе нормативов рассматриваются показатели токсических веществ, содержание которых в питьевой воде прежде всего может проявляться непосредствен­ным воздействием на организм человека. Показатели химического состава и органо­лептических свойств даны только для веществ, встречающихся в природных водах и добавляемых к воде в процессе ее обработки. Для других веществ рекомендуется использование нормативов (ПДК), приведенных в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

В отличие от ГОСТ 2874-54, в котором из встречающихся в природных водах токсических веществ нормировались лишь 3 (мышьяк — 0,05 мг/л, свинец — 0,1 мг/л и фтор—1,5 мг/л), в новом стандарте даны нормы еще по 5 веществам — бериллию, молибдену, селену, стронцию стабильному, нитратам (по N). Впервые нормируются флокулянт полиакриламид и ионы серебра. Кроме того, в новый стандарт введены нормативы по трем радиоактивным веществам (уран—1,7 мг/л, радий-226— 1,2- 10—¹⁰ кюри/л, стронций-90—1 -10-¹⁰ кюри/л). Всего в новом ГОСТе нормируется 13 токсических веществ.

Бериллий довольно широко распространен в природе. Он содержится в минералах, горных породах, живых организмах, в некоторых природных водах. Бериллий является ядом общетоксического действия с высокой степенью кумуляции, приводящим к пора­жению дыхательной, нервной и сердечно-сосудистой систем. Он оказывает угнетающее действие на некоторые ферменты организма и состояние красной крови. Характерной его особенностью является длительный латентный период проявления интоксикации и отсутствие прямой корреляции между дозой действующего вещества, продолжитель­ностью контакта и реакцией организма. Пороговая концентрация, вызывающая функ­циональное нарушение эритропоэза в костном мозгу, изменения состояния красной крови и условнорефлекторной деятельности белых крыс, равна 0,002 мг/л (Л. А. Са­жина). В качестве допустимого содержания бериллия в питьевой воде была предло­жена концентрация 0,0002 мг/л, не действующая на организм животных.

Молибден встречается в почвах, растениях, организме животных, а также в при­родных водах. Миграция его в водах часто происходит в виде иона молибденовой кислоты. Молибден угнетает активность костной фосфатазы, вызывает уменьшение содержания меди в организме. При его избытке у животных и человека усиливается синтез ксантиноксидазы и образование мочевой кислоты, что приводит у людей к за­болеванию «молибденовой подагрой». По данным Т. А. Асмангулян, при хронической затравке животных молибденом наступают выраженные функциональные сдвиги в ор­ганизме, в частности увеличение количества сульфгидрильных групп в сыворотке крови и печени, а также уменьшение количества витамина С в печени. В качестве допусти­мого содержания молибдена в питьевой воде автор предложила концентрацию на уровне 0,5 мг/л.

При включении в новый ГОСТ допустимого содержания нитратов (10 мг/л по N) исходили из данных отечественных и зарубежных исследователей о возникновении водно-нитратной метгемоглобинемии. Согласно современной теории, нитраты восста­навливаются в кишечнике в нитриты под влиянием бактерий. Всасывание нитритов ведет к образованию метгемоглобина и к частичной инактивации гемоглобина. Таким -образом, в основе заболевания лежит та или иная степень кислородного голодания.

Симптомы его проявляются в первую очередь у детей грудного возраста, которые- болеют этой формой преимущественно при искусственном вскармливании (разведении сухих молочных смесей водой, содержащей нитраты) или при употреблении такой воды для питья. Дети старшего возраста менее подвержены этому заболеванию, так как у них сильнее выражены компенсаторные механизмы. Проявления болезни у них менее тяжелые. Повышение уровня метгемоглобина в крови тем больше, чем моложе- ребенок. Ф. Н. Субботин выявил образование метгемоглобинемии у детей при исполь­зовании для питья воды с содержанием нитратов 20—40 мг/л (в пересчете на N). Исследования Н. И. Петухова и др. также свидетельствуют о том, что под воздей­ствием нитратов питьевой воды в концентрациях 23,7 и 44,6 мг/л (по N) возникает водно-нитратная метгемоглобинемия. Она проявляется цианозом, увеличением содер­жания в крови метгемоглобина, снижением АД. Эти симптомы были зарегистрированы не только у детей, но и у взрослых.

Полиакриламид (ПАА) используется в качестве флокулянта на водопроводных станциях очистки воды, в связи с этим необходим норматив остаточного количества этого вещества в питьевой воде. ПАА является высокомолекулярным синтетическим' линейным мономером, в котором часть амидных групп замещена на группы аммо­ниевой и кальциевой солей полиакриловой кислоты. Он не обладает запахом и привку­сом, хорошо растворяется в воде. ПАА относится к веществам с низкой токсичностью- и невыраженными кумулятивными свойствами. Н. А. Рахманина показала, что кон­центрацию ПАА в 30 мг/л можно считать пороговой, при которой происходят перво­начальные изменения адаптационных реакций организма. Концентрация 2 мг/л не вызывала изменений у подопытных животных ни по одному из использованных тестов, поэтому рассматривается как недействующая.

Селен относится к числу рассеянных элементов, и содержание его во внешней среде невелико. Однако в ряде географических областей (биогеохимических провинций) отмечено повышенное его содержание. Так, в открытых водоемах биогеохимических, провинций США содержание селена достигает 0,2 мг/л, а в подземных водах — до 9 мг/л. В этих провинциях зарегистрированы своеобразные эпидемические заболе­вания людей и животных. Селен обладает общетоксическим действием на организм с преимущественным поражением функции печени и костного мозга (И. П. Плетникова). При хроническом воздействии селена в концентрации 0,01 мг/л у животных увеличи­вается содержание окисленного и общего глютатиона в крови, снижается уровень- неорганического фосфора и активность щелочной фосфатазы в сыворотке крови. Установлено также изменение экспрессии бромсульфалеина из организма и снижение активности сукцинатдегидрогеназы в ткани печени. При воздействии селена в кон­центрации 0,001 мг/л не обнаружено влияния на организм животных ни по одному из; использованных в хроническом опыте тестов. Поэтому гигиенический норматив селена в питьевой воде принят на этом уровне.

Стабильный стронций широко распространен в природных водах, где его концентра­ция колеблется от 0,1 до 45 мг/л. При действии больших концентраций стронция на организм нарушается в первую очередь минеральный обмен и ферментативные про­цессы в костной ткани. Длительное его поступление в организм вызывает функцио­нальные изменения в костной системе и печени. Концентрация стронция 2,0 мг/л ока­залась недействующей по санитарно-токсикологическому признаку вредности (Ю. Б. Шафиров).

Существенно изменилось нормирование фтора, который характеризуется узкой зоной своего токсического действия. Всесторонние клинико-физиологические и экспери­ментальные исследования позволили А. Ф. Аксюку прийти к заключению, что в усло­виях умеренного климата фтор в концентрации 1,5 мг/л вызывает изменения не только- в тканях зуба и костном аппарате (пятнистость эмали, ускорение процессов окостене­ния, замедление обмена кальция в зубах и костях и др., но и в некоторых фермент­ных системах, тканевом дыхании, высшей нервной деятельности человека и животных и др. Все это позволило рекомендовать для различных климатических зон страны и- сезонных условий следующие гигиенические нормативы: для I климатического рай­она— 1,5 мг/л, для II климатического района — 1,2 мг/л, для III климатического района—1 мг/л, для IV климатического района — 0,7 мг/л. В основу дифференциро­ванных гигиенических нормативов фтора в питьевой воде положен характер водопотребления в различных климатических зонах. Для системы водоснабжения населен­ных мест, где осуществляется фторирование воды, впервые в стандарте указано, что содержание фтора в воде должно быть в пределах 70—80% от максимальной кон­центрации, установленной для данного климатического района.

Радиоактивный элемент уран широко распространен в природных водах. Особенно большие концентрации его могут встречаться в подземных водах. В основу нормиро­вания урана положены не его радиоактивные свойства, а токсическое влияние как химического элемента. При хроническом влиянии урана в концентрациях 6 и 60 мг/л у животных отмечена задержка полового созревания, нарушение ритма полового цикла, увеличение уровня активности щелочной фосфатазы сыворотки крови, умень­шение содержания нуклеиновых кислот в тканях почки, печени и селезенки. Допусти­мое содержание урана в питьевой воде установлено на уровне 1,7мг/л (Ю. В. Новиков).

Допустимые концентрации радия-226 и стронция-90 в воде приняты с учетом рекомендаций национальной комиссии по радиационной защите при Министерстве здравоохранения СССР. Эти рекомендации вошли в нормы радиационной безопасности (НРБ-69).

Обогащение питьевой воды ионами серебра в концентрации 0,05—0,4 мг/л позво­ляет длительно сохранить исходные ее качества. Использование препаратов серебра в фармакологической практике породило понятие о его безвредности. Между тем в ли­тературе описаны поражения организма препаратами серебра. В хронических опытах на животных концентрация ионов серебра на уровне 5 и 0,5 мг/л снижала иммуноло­гическую активность организма (по показателю фагоцитоза), вызывала сдвиги условно рефлекторной деятельности коры головного мозга. При гистологических исследова­ниях обнаружены изменения сосудистой, нервной и глиозной ткани головного и спин­ного мозга. Концентрация ионов серебра 0,05 мг/л не вызывала этих нарушений (Г. Д. Барков, Л. И. Эльпинер).

В третьей группе нормативов в новом стандарте органолептические свойства питьевой- воды нормируются двояко.

1. Интенсивностью допустимого изменения органолептических свойств воды (запах, привкус, цветность, мутность). Предел интенсивности запаха (не более 2 баллов) дан при подогреве воды до 60° С. Мутность уменьшена до 1,5 мг/л. Последнее вызвано тем, что путем улучшения осветления воды, как показали работы зарубежных и отечественных исследователей, достигается заметное уменьшение содержания в питье­вой воде вирусов, что приводит к более эффективному ее обеззараживанию.
2. Предельным содержанием химических веществ, вредность которых определяется их способностью в наименьших концентрациях ухудшать органолептические свойства воды.

Значение солевого состава питьевых вод и проверка допустимого уровня сухого остатка получили развитие в работе А. И. Бокиной. Она показала, что сухой остаток на уровне 1000 мг/л не вызывает неблагоприятной органолептической оценки. Натур­ные наблюдения на людях, которые использовали питьевую воду, где сухой остаток был на уровне 2300—3300 мг/л, вскрыли изменения в водно-солевом равновесии. Эти нарушения могут служить неблагоприятным фоном при различных заболеваниях, связанных с нарушением водно-солевого обмена. Организм экспериментальных живот­ных легко справляется с концентрацией хлоридов до 1000 мг/л, поддерживая осмоти­ческое равновесие путем регуляции диуретической и натриуретической деятельности почек. При концентрации хлоридов 1000—2500 мг/л и выше происходит интенсивное и длительное усиление фильтрационной и реабсорбционной деятельности почек, напря­жение гормональных реакций, связанных с перераспределением хлористого натрия между кровью и внеклеточной жидкостью. Вода с концентрацией хлоридов 250 и 500 мг/л не оказывала влияния на организм.

Сульфаты, в отличие от хлоридов, воздействуют главным образом на желудочно- кишечный тракт, так как плохо всасываются в кишечнике. При концентрации сульфа­тов в воде 1000 мг/л и выше происходит нарушение секреторной деятельности желудка, процессов всасывания и переваривания пищи.

Проведенные А. И. Бокиной исследования легли в основу нормативов солевого состава питьевых вод: сухой остаток не более 1500 мг/л, сульфаты — не более 500 мг/л по сульфат-иону, хлориды — не более 300 мг/л по хлор-иону.

До последних лет оставался недостаточно освещенным вопрос, в какой мере без­вредны остаточные количества химических веществ, используемых для улучшения органолептических свойств воды (сернокислый алюминий; марганцевокислый калий), а также полифосфатов, применяемых как антикоррозионные вещества в горячем водо­снабжении. Необходимость нормирования в питьевой воде марганца связана с исполь­зованием перманганата калия в практике водоснабжения как реагента, хорошо устра­няющего посторонние привкусы и запахи, обусловленные различными органическими соединениями, а также снижающего содержание железа и марганца. Особенно целе­сообразно применение перманганата калия в сочетании с активированным углем, сернокислым железом, содой и т. д. Перманганат калия имеет значение и как альги­цидное средство, обеспечивающее гибель водорослей, забивающих фильтры. Помимо дезодорирующего и альгицидного действия, перманганат калия обладает бактерицид­ными свойствами. С. А. Шиган и Б. Р. Витвицкая показали, что токсичность марганца не зависит от валентности иона. Недействующей концентрацией всех соединений мар­ганца по влиянию на здоровье населения является 2 мг/л в пересчете на ион Мn. Более высокие концентрации марганца вызывают изменения со стороны высшей нерв­ной деятельности, усиливают накопления фосфора в костях, уменьшая его выделение с мочой. Кроме этого происходит снижение активности холинэстеразы и церулоплаз­мина крови. При цитогенетических исследованиях обнаружено увеличение процента митотической активности клеток костного мозга. Допустимое остаточное количество марганца в воде при полном переходе из семивалентного состояния в четырех- и двух­валентное и с учетом его неблагоприятного действия на белье не должно превышать 0,1 мг/л (по иону Мn).

Гексаметафосфат натрия применяют в системе промышленного и горячего водо­снабжения как антикоррозийное вещество. Теми же свойствами обладает и триполи­фосфат. При внесении в водопроводную воду указанные вещества образуют мало­растворимые соединения кальция и магния. Фосфаты способствуют удалению защит­ного слоя свинцовых труб, еще применяемых в некоторых странах, освобождая таким образом выход свинца в воду. Лимитирующим показателем вредности гексаметафос­фата и триполифосфата при нормировании их в питьевой воде является образование мути при нагревании. ПДК равняется 3,5 мг/л в пересчете на РО4. Эти вещества не обладают выраженной токсичностью и кумулятивными свойствами.

Исследования А. И. Бокиной и В. К. Юрьевой показали, что у населения, поль­зующегося питьевыми водами, жесткость которых была на уровне 15,3—24,5 мгэкв./л, отмечается повышение общего количества выводимого кальция, значительное повыше­ние концентрации кальция в моче, изменения коэффициента соотношения кальций/фосфор, уменьшение суточного диуреза, увеличение удельного веса и поверхностного натяжения мочи, изменение реакции мочи (ацидоз). У трети обследованных найдены патологические изменения осадка мочи. Особенно показательными явились результаты функциональной пробы с пуриновой нагрузкой. Выявлены изменения, свидетельствую­щие о склонности организма к образованию мочекаменных солей кальция.

Жесткость питьевой воды на уровне 7—10 мгэкв/л не вызывает возражений гигиенистов.

Одним из важных результатов теоретической и экспериментальной разработки гигиенических нормативов является установление принципа суммации действия малых концентраций веществ, присутствующих в воде, с одинаковым характером действия. Соответственно этому в новом стандарте дана формула расчета, позволяющая учиты­вать совместное действие различных веществ, лимитируемых по токсикологическому признаку. При обнаружении в воде нескольких веществ (за исключением фтора, нитратов, радиоактивных веществ) сумма концентраций, выраженная в долях от мак­симально допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна быть более 1. Для хлоридов и сульфатов, придающих воде привкус, сумма их концентра­ций, выраженная в долях от максимально установленных концентраций каждого ве­щества в отдельности, не должна быть более 1.

В заключение важно подчеркнуть, что развитие научных основ стандартизации качества питьевой воды в СССР, нашедшее отражение в новом ГОСТе 2874-73, является итогом многолетних исследований, которые свидетельствуют о крупном успехе гигиенической науки и санитарной практики.