Гигиеническое значение воздуха и воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Окружающая среда - воздух, вода, почва - оказывает постоянное влияние на жизнедеятельность человека, его здоровье, а также на состав и безопасность пищевых продуктов.

Особую актуальность в современных условиях представляет загрязнение окружающей среды и ухудшение экологической обстановки в мире. Изменение климатических условий на планете, повышение концентрации токсических веществ в воздухе, воде, почве, пищевых продуктах, усложнение технологических производственных процессов обусловливают напряжение адаптационных возможностей человека, способствуют распространению различных экологически зависимых заболеваний. В разработке мероприятий по охране окружающей среды существенное значение имеет гигиеническое прогнозирование, данные мониторинга, виды и объемы загрязнения окружающей среды.

Окружающая среда (ОС) - понятие очень емкое. В последние годы оно получило несколько иное звучание, поскольку пришло на смену понятию «внешняя среда», которое издавна использовалось во всех классических трудах наших предшественников как антипод внутренней среде человека. В связи с этим следует уточнить современную терминологию.

С гигиенической точки зрения окружающая среда представляет собой совокупность природных и социальных элементов, с которыми человек неразрывно связан и которые оказывают на него влияние на протяжении всей жизни, являясь внешним условием или средой его существования.

К природным элементам относятся воздух, вода, пища, почва, радиация, растительный и животный мир. Социальными элементами окружения человека являются труд, быт, социально-экономический уклад общества. Социальные факторы во многом определяют образ жизни человека.

Факторы внешней среды в гигиенической практике подразделяются:

химические - элементы или соединения, входящие в состав воздуха, воды, почвы, пищи или являющиеся примесями к ним;

физические - температура, влажность, атмосферное давление, солнечная радиация, шум, вибрации, ионизирующие излучения и др.;

биологические - патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, простейшие, гельминты и др., вызывающие инфекционные заболевания; социальные - условия жизни, зависящие от общественного уклада (особенности труда, жилищно-бытовые условия, характер питания и др.).

Химический состав воздуха имеет важное гигиеническое значение, так как он играет решающую роль в осуществлении дыхательной функции организма. Атмосферный воздух представляет собой смесь кислорода, двуокиси углерода, азота и инертных газов в определенной пропорции.

Кислород (О2) - наиболее важная для человека составная часть воздуха. В состоянии покоя человек обычно поглощает в среднем 0,3 л кислорода в 1 мин. При физической деятельности потребление кислорода резко возрастает и может достигнуть 4,5-5 и более л в мин. Колебания содержания кислорода в атмосферном воздухе незначительны и не превышают, как правило, 0,5 %.

В жилых, общественных и спортивных помещениях значительных изменений в содержании кислорода не наблюдается, так как в них проникает наружный воздух. При самых неблагоприятных условиях в помещениях отмечалось уменьшение содержания кислорода на 1 %. Такие колебания концентрации кислорода не оказывают заметного влияния на организм. Обычно физиологические сдвиги наблюдаются при снижении объема кислорода до 16-17 %. При уменьшении содержания кислорода до 11-13 % появляется ярко выраженная кислородная недостаточность, вызывающая резкое ухудшение самочувствия и падение работоспособности. Снижение содержания кислорода до 7-8 % может привести к смертельному исходу.

В спортивной практике в целях повышения работоспособности спортсмена и интенсивности восстановительных процессов используется вдыхание кислорода.

Углекислый газ, или двуокись углерода (СО2), - бесцветный газ без запаха, образующийся при дыхании людей и животных, гниении и разложении органических веществ, сгорании топлива и др. В атмосферном воздухе вне населенных пунктов содержание СО2 составляет в среднем 0,04 %, а в промышленных центрах его концентрация повышается до 0,05-0,06 %. В жилых и общественных зданиях при нахождении в них большого количества людей содержание СО2 может увеличиться до 0,6-0,8 %. При наихудших гигиенических условиях в помещениях (большое скопление людей, плохая вентиляция и др.) содержание СО2 обычно не превышает 1 % из-за проникновения наружного воздуха. Указанные концентрации СО2 не вызывают отрицательных явлений в организме.

При продолжительном вдыхании воздуха с содержанием 1- 1,5 % СО2 отмечается ухудшение самочувствия, а при концентрации 2-2,5 % обнаруживаются определенные патологические сдвиги. Значительные нарушения функций организма и снижение работоспособности происходят, когда концентрация СО2 составляет 3-4 %. При более высоком содержании углекислого газа в воздухе (10-12 %) наблюдаются случаи потери сознания и смерти. Значительное повышение концентрации СО2 может возникать в аварийных ситуациях в замкнутых пространствах (шахтах, рудниках, подводных лодках, бомбоубежищах и др.) или же в тех местах, где происходит интенсивное разложение органических веществ.

Определение содержания СО2 в жилых, общественных и спортивных сооружениях может служить косвенным показателем загрязнения воздуха продуктами жизнедеятельности людей. Как уже отмечалось, сам по себе углекислый газ в тех концентрациях, в которых он бывает в помещениях (до 1 %), не причиняет вреда организму. Однако параллельно с увеличением содержания СО2 в воздухе помещений наблюдается ухудшение физических и химических свойств воздуха (повышаются температура и влажность, уменьшается количество легких аэроинов, появляются дурно пахнущие газы), поэтому по концентрации СО2 можно судить о санитарном состоянии воздуха в помещении. Воздух в помещениях считается недоброкачественным, если содержание СО2 в нем превышает 0,1 %. Эта величина принимается как расчетная при проектировании и устройстве вентиляции в жилых помещениях.

К физическим свойствам воздуха относятся атмосферное (барометрическое) давление, уровни солнечной радиации, ионизации, радиоактивности, а также температура, влажность и скорость движения воздуха. Эти факторы обладают динамичностью и действуют на организм в основном комплексно.

Свойства воздуха определяются его газовым составом, тепло-влажностным состоянием и содержанием вредных газов, паров, пыли. Окружающий нас атмосферный воздух является смесью газов. Смесь сухого воздуха с водяным паром ( воздушно-паровая смесь) называется влажным воздухом.

Свойства воздуха определяются его тепловлажностным состоянием, газовым составом и содержанием вредных газов, паров и пыли.

Свойства воздуха определяются его газовым составом, тепловлажностным состоянием и содержанием вредных газов, паров и пыли. Атмосферный воздух является однородной смесью нескольких газов, составляющих сухую его часть, и некоторого количества водяных паров. Состав газов сухой части воздуха сравнительно постоянен и приведен в табл. Водяные пары всегда присутствуют в атмосферном воздухе, и поэтому смесь сухой части воздуха и водяных паров называют влажным воздухом. В зависимости от времени года и местных климатических условий количество водяных паров изменяется в широком диапазоне.

Свойства воздуха как охладителя определяются тремя метеорологическими параметрами: температурой во, влажностью ф и барометрическим давлением Рб.

Гигиеническое значение температуры воздуха определяется прежде всего ее влиянием на теплообмен организма, который является одним из видов взаимодействия организма с внешней средой. Благодаря совершенству механизмов терморегуляции, контролируемых центральной нервной системой, человек приспосабливается к различным температурным условиям и может кратковременно переносить значительные отклонения от оптимальных температур.

Основная масса тепла теряется с поверхности кожи путем:

- излучения к более холодным окружающим предметам (около 45%);

- проведения, или конвекции, то есть послойного нагревания воздуха, прилегающего к телу и находящегося обычно в некотором движении (около 30 %);

- испарения влаги с поверхности кожи и слизистых оболочек дыхательных путей (около 25 %).

Приведенные величины теплопотерь являются приближенными и характерны для состояния покоя при комнатной температуре. При высокой или низкой температуре воздуха и во время физической работы эти величины значительно изменяются. Однако, как ни совершенны процессы терморегуляции, при значительных колебаниях внешней температуры они порой не могут обеспечить теплового равновесия организма.

При низкой температуре воздуха вследствие значительной теплоотдачи может возникнуть переохлаждение организма, при котором происходит нарушение кровообращения, снижение сопротивляемости иммунологических свойств организма. Переохлаждение способствует возникновению простудных заболеваний, а также болезней периферической нервной системы, мышц и суставов. Наряду с указанными общими нарушениями могут отмечаться и местные нарушения: отморожение рук, ног, ушей, носа и др. При выполнении физических упражнений в условиях низкой внешней температуры возникает и опасность повреждения мышц и связок, так как при этом уменьшается их эластичность.

В условиях высокой внешней температуры вследствие затруднения теплоотдачи может наступить перегревание организма. У человека, находящегося в покое, нарушения терморегуляции наблюдаются, когда температура воздуха превышает 30-31 °С (при относительной влажности 80-90 %) или 40 °С (при относительной влажности 40-50 %). Естественно, что при выполнении мышечной работы перегревание может возникнуть при более низкой температуре воздуха. Следует учесть, что при температуре воздуха выше 38-40 °С в организме накапливается тепло также в результате нагревающего действия воздуха и окружающих предметов.

В жилых помещениях в зависимости от климатических условий рекомендуются следующие нормы температуры воздуха: для холодного климата - 21 °С, для умеренного и теплого - 18-19 °С, для жаркого - 17-18 °С. Разница в температуре воздуха по горизонтали (от стен с окнами до противоположных стен) не должна превышать 2 °С, а по вертикали (от уровня пола до уровня головы) - 2,5 °С.

Температурные нормы в крытых спортивных сооружениях в соответствии со СНиП 11-76-78 характеризуются следующими величинами. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и более зрителей, - + 18 °С в холодный период года при относительной влажности 40-45 % и не выше + 25 °С в теплый период года при относительной влажности 50-55 %. Спортивные залы, рассчитанные на 800 и менее зрителей, - + 18 °С в холодный период года и не более чем на 3 °С выше расчетной температуры наружного воздуха в теплый период года. Спортивный зал без мест для зрителей - + 15 °С. Крытые катки без мест для зрителей - + 14 °С. Стрелковые галереи и огненные зоны крытых тиров, а также стрелковые галереи при открытых тирах при наличии бойниц - + 18 °С. Вестибюли-грелки катков и лыжных баз - + 16 °С.

В крытых плавательных бассейнах температура воздуха следующая: в зале бассейна (с местами для зрителей или без них) на 1-2 °С выше температуры воды в ванне, зал для подготовительных занятий - + 18 °С, вестибюль (для занимающихся) - + 20 °С.

Температура воздуха во вспомогательных помещениях должна быть следующей: в учебных классах, методических кабинетах - + 18 °С, в раздевальнях и душевых - + 25 °С, в массажных - + 22 °С, в санитарных узлах - + 25 °С.

Температурные нормы для занятий спортом на открытом воздухе не установлены, так как на теплообмен организма, кроме температуры воздуха, влияют и другие метеорологические факторы. Нормальная температура тела поддерживается за счет одежды, интенсивной физической нагрузки и зависит от степени закаленности спортсмена.

Тренировочные занятия и соревнования при температуре воздуха выше + 30 °С и ниже - 25 °С проводить не рекомендуется. В случае необходимости проведения занятий следует строго придерживаться гигиенических правил по предупреждению перегревания и отморожений.



Влажность воздуха

Из-за испарения влаги в воздухе постоянно находится некоторое количество водяных паров, которые обусловливают влажность воздуха. Степень влажности воздуха изменяется в зависимости от ряда условий: температуры воздуха, высоты над уровнем моря, расположения в данной местности морей, рек и других крупных водоемов, характера растительности и др. Находящиеся в воздухе водяные пары, как и другие газы, обладают упругостью, которая измеряется высотой ртутного столба в миллиметрах.

При повышении количества водяных паров в воздухе их упругость возрастает и достигает определенного предела, при котором пары насыщают пространство. Каждой температуре воздуха соответствует определенная степень насыщения его водяными парами.

Превышение предела насыщения воздуха вызывает выделение влаги в виде тумана, росы, инея и т. п. Влажность воздуха характеризуется следующими основными понятиями: абсолютная влажность, максимальная влажность, относительная влажность.

От степени насыщения воздуха водяными парами в значительной степени зависят потери тепла. Одна и та же температура воздуха ощущается по-разному в зависимости от степени влажности, оказывающей влияние на процесс испарения с поверхности тела.

Наибольшее гигиеническое значение имеет относительная влажность. Она дает представление о степени насыщенности воздуха водяными парами и указывает на его способность принять дополнительное количество водяных паров при испарении с поверхности кожи. Например, чем ниже относительная влажность воздуха, тем меньше воздух насыщен водяными парами.

Воздействие влажности воздуха на организм главным образом связано с тем, что она существенно влияет на процессы теплоотдачи. Повышенная влажность при высокой внешней температуре способствует перегреванию организма, так как при этом значительно ухудшаются условия теплоотдачи. При температуре воздуха свыше + 25-30 °С основным путем отдачи тепла организмом является испарение пота. Однако организм отдает тепло, только когда пот испаряется с поверхности кожи (при испарении 1 г пота организм теряет 0,6 ккал). При повышенной влажности воздуха испарение пота в значительной мере замедляется, теплоотдача резко снижается. Особенно отрицательно это сказывается при мышечной деятельности, когда организм усиленно вырабатывает тепло, поэтому при выполнении физических упражнений в условиях высокой влажности и температуры воздуха всегда имеется опасность возникновения перегревания организма.

Низкая влажность воздуха при высокой внешней температуре способствует хорошей теплоотдаче и позволяет легче переносить жару (климат Средней Азии, где сухой воздух обеспечивает быстрое испарение пота).

Повышенная влажность воздуха при низкой внешней температуре способствует охлаждению организма, так как при этом усиливается теплоотдача. Это связано с рядом причин. Прежде всего увеличивается потеря тепла, так как повышается теплопроводность воздуха, ибо водяные пары имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Вместе с тем повышается теплопроводность тканей одежды (воздух, находящийся в парах тканей, становится более теплопроводным), и поэтому тепло быстро покидает пространство под одеждой. Длительное пребывание в условиях высокой влажности воздуха и при температуре воздуха ниже - 10-15 °С может привести к переохлаждению организма и вызвать простудные и другие заболевания (ревматизм, туберкулез легких и др.).

Норма относительной влажности воздуха для помещений - 30-60 %. Значительный диапазон данной нормы зависит от температуры воздуха и других условий. Для людей, находящихся в покое, при температуре воздуха + 16-20 °С и небольшом его движении влажность воздуха должна быть не менее 40-60 %. При мышечной деятельности, если температура воздуха находится в пределах + 15-20 °С, влажность воздуха должна составлять 30-40 %, а при температуре + 25 °С - 20-25 %. В спортивных залах (при температуре воздуха + 15 °С) и в залах для подготовительных занятий в бассейнах (при температуре воздуха + 18 °С) относительная влажность воздуха должна быть 35-60 %, а в залах ванн крытых бассейнов (при температуре воздуха + 26 °С) - 50-65 %.

Движение воздуха

Движения воздушных масс возникают вследствие неравномерного распределения атмосферного давления и температуры воздуха. Движения воздуха характеризуются направлением и скоростью. Учитывать направление движения воздуха необходимо при занятиях многими видами спорта, и прежде всего такими, как парусный, буерный, планерный, парашютный и др. Данные о преобладающем направлении воздуха в определенной местности имеют важное значение при проектировании и строительстве спортивных сооружений: они позволяют правильно выбрать место для спортивных сооружений, а также расположить их с наветренной стороны по отношению к промышленным предприятиям, которые могут загрязнять воздух дымом и газом.

Определение направления движения воздуха может также помочь составить правильный прогноз погоды, который следует учитывать при организации тренировок и соревнований. Например, в европейской части России летом восточные ветры обычно приносят сухую погоду, западные - более прохладную и дождливую; юго-западные - облачность; северо-восточные - ясную погоду. Зимой восточные ветры приносят холодную погоду; западные - теплую; юго-восточные - потепление, осадки; северо-восточные - похолодание, уменьшение осадков.

Направления движения воздуха определяются по той точке горизонта, откуда дует ветер, и обозначаются начальными буквами стран света: С (север), Ю (юг), З (запад), В (восток). Наряду с главными румбами, выделяют промежуточные, находящиеся между ними. Весь горизонт разделяется на восемь румбов: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад. Обозначая промежуточные румбы, указывают оба румба, между которыми находится данное направление, ставя первым по порядку основной румб. Например, если направление ветра находится между севером и северо-востоком, то такой промежуточный румб называют ССВ (северо-северо-востоком).

Для изучения преобладающих направлений ветров в данной местности используют специальную схему, получившую название "розы ветров". Составив график стран света, откладывают от центра на определенных румбах отрезки, по длине соответствующие числу наблюдающихся ветров за сутки, в процентах к общему числу ветров за данный период. Концы отрезков соединяют прямыми линиями. Отсутствие ветра (штиль) обозначается окружностью в центре графика, радиус которой должен соответствовать количеству дней безветренной погоды. Составленная таким образом "роза ветров" показывает преобладающее направление движения воздуха в данной местности. При проектировании и строительстве спортивных сооружений, используемых круглогодично или в различные сезоны, необходимо учитывать соответствующую этим периодам "розу ветров".

Скорость движения воздуха - существенный фактор, оказывающий значительное влияние на теплообмен человека. Ее значение для теплорегуляции организма необходимо рассматривать совместно с действием температуры и влажности воздуха. При низкой температуре большая скорость движения воздуха способствует охлаждению организма. Ветер вытесняет из-под одежды нагретый воздух и усиливает его движение вокруг тела. При высокой температуре движущийся воздух увеличивает отдачу тепла за счет конвекции и испарения пота. Однако это благоприятное влияние ветра наблюдается в случаях, когда температура воздуха ниже температуры тела. В противоположном случае, если температура воздуха превышает температуру тела, движущийся воздух вместо охлаждения способствует нагреванию организма.

Скорость движения воздуха оказывает определенное нервно-психическое действие. Прохладный и умеренной силы ветер тонизирует организм, а сильный и продолжительный вызывает возбуждение и раздражение. Неприятен для человека и постоянный шум ветра. Сильный встречный ветер препятствует передвижению спортсмена при ходьбе, беге, езде на велосипеде, гребле и т. п. Он также затрудняет дыхание.

В спортивной практике часто возникает необходимость определять и учитывать скорость движения воздуха. Она играет большую роль во время тренировок и соревнований, прежде всего в таких видах спорта, как парусный, парашютный, буерный, планерный и др. При занятиях на открытом воздухе всегда нужно учитывать влияние скорости ветра на теплообмен и нервно-психическое состояние спортсмена. По возможности на тренировках следует создавать условия, исключающие неблагоприятное действие ветра на организм.

Скорость ветра необходимо учитывать при определении спортивных результатов. Так, например, в правилах соревнований по легкой атлетике указывается, что рекорды в беге по прямой и в прыжках в длину не регистрируются, если скорость попутного ветра превышает 2 м/с. Определенное значение имеют данные о скорости движения воздуха при оценке микроклиматических условий в расчетах эффективности вентиляции в закрытых спортивных сооружениях.

В летнее время в зависимости от температурных условий и вида деятельности теплоотдача организма улучшается при скорости движения воздуха 1-4 м/с. Ветер, имеющий скорость выше 6-7 м/с, обычно оказывает раздражающее действие. Для жилых помещений скорость движения воздуха не должна превышать 0,1-0,3 м/с.

Скорость движения воздуха в зонах нахождения занимающихся спортом может быть следующей: в залах ванн крытых бассейнов - 0,2 м/с; в спортивных залах для борьбы, настольного тенниса и крытых катках - 0,3 м/с; в остальных спортивных залах и залах для подготовительных занятий в бассейнах - 0,5 м/с.

Следует также отметить, что на терморегуляцию влияют тепловые (инфракрасные) лучи, идущие от солнца и других нагретых предметов. При высокой температуре окружающей среды тепловые лучи способствуют перегреванию организма, а при низкой температуре инфракрасная радиация помогает поддерживать тепловой баланс.

При наиболее благоприятном сочетании температуры, влажности, скорости движения воздуха и других факторов человек испытывает приятное теплоощущение; у него отмечаются тепловое равновесие и нормальное течение всех физиологических функций. Такие метеорологические условия принято называть комфортом. И наоборот, сочетание метеорологических факторов, которые нарушают теплорегуляцию организма, называют дискомфортом.

Высокая температура и влажность воздуха, отсутствие его движения и значительная интенсивность солнечной радиации являются весьма нежелательными при выполнении физических упражнений. В этих случаях вследствие ухудшения условий теплоотдачи, повышения теплопродукции и большой тепловой нагрузки может быстро наступить перегревание организма.

Низкая температура и высокая влажность воздуха при сильном ветре способствуют значительному охлаждению организма и могут служить причиной различных простудных заболеваний. При занятиях физическими упражнениями в таких условиях появляется опасность возникновения у занимающихся простудных заболеваний и отморожения.



Атмосферное давление

Окружающий земной шар воздух имеет давление, называемое атмосферным, или барометрическим. Атмосферное давление у поверхности земли постоянно изменяется в зависимости от географических и атмосферных условий, времени года и суток. Но эти колебания не оказывают заметного влияния на здоровых людей. У людей же, страдающих некоторыми недугами (ревматизм, нарушения нервной и сердечно-сосудистой систем и др.), при изменении атмосферного давления могут появиться болевые ощущения, ухудшение настроения, сна и обострение заболеваний. Для спортивной практики изучение изменений атмосферного давления также представляет определенный интерес.

Изучение динамики атмосферного давления может быть использовано для предсказания погоды и внесения соответствующих коррективов при планировании тренировочного процесса, организации соревнований, проведении туристских походов и др. Повышение атмосферного давления в средней полосе нашей страны - обычно предвестник сухой, ясной погоды, а понижение - пасмурной и дождливой. Однако для точного прогноза погоды необходимо, наряду с атмосферным давлением, учитывать также и другие метеорологические факторы.

В последнее время в спортивной практике особое внимание уделяется изучению влияния на организм спортсменов условий, связанных с пониженным атмосферным давлением. Это вызвано главным образом тем, что крупнейшие соревнования (чемпионаты Европы, мира и Олимпийские игры) все чаще стали проводиться в местах с пониженным атмосферным давлением.

По мере увеличения высоты над уровнем моря происходит постепенное падение атмосферного давления. Оно снижается примерно на 30-35 мм рт. ст. на каждые 100-500 м подъема. При падении атмосферного давления происходит снижение парциального давления газов, составляющих воздух, в том числе и кислорода, количество которого уменьшается также и в альвеолярном воздухе.

Химический состав воды

Если капельку природной воды нанести на стекло и подождать, пока она испарится, то на месте капли будут видны белые разводы - это кристаллизуются растворимые в воде соли. Содержание солей в природных водах различается в тысячи раз. Например, в литре дождевой воды содержатся единицы, максимум десятки миллиграммов солей. А в литре воды из залива Кара-Богаз-Гол (Каспийское море) - 300 г, почти треть от массы раствора.

Основные (преобладающие) компоненты

В водных растворах подавляющее большинство солей существует в виде ионов. В природных водах преобладают три аниона (гидрокарбонат HCO3-, хлорид Cl- и сульфат SO42-) и четыре катиона (кальций Ca2+, магний Mg2+, натрий Na+ и калий K+) - их называют главными ионами. Хлорид-ионы придают воде солёный вкус, сульфат-ионы, ионы кальция и магния - горький, гидрокарбонат-ионы безвкусны. Они составляют в пресных водах свыше 90-95 %, а в высокоминерализованных - свыше 99 % всех растворенных веществ. Обычно нижним пределом концентрации для главных ионов считают 1 мг/л, поэтому в ряде случаев, например для морских и некоторых подземных вод, к главным компонентам можно отнести также Br-, B3+, Sr3+ и др. Отнесение ионов K+ к числу главных является спорным. В подземных и поверхностных водах эти ионы, как правило, занимают второстепенное положение. Только в атмосферных осадках ионы K+ могут играть главную роль.

Однако ионная форма главных компонентов свойственна в полной мере лишь маломинерализованным водам. При увеличении концентрации между ионами усиливается взаимодействие, направленное на ассоциацию, т.е. процесс, обратный диссоциации. При этом образуются ассоциированные ионные пары, например MgHCO3+, CaHCO3+. Минерализация и химический состав воды озер в отличие от рек меняется в очень широких пределах. Реки с минерализацией воды свыше 100-200 мг/л, в каких бы условиях они ни находились, - очень редкое явление, в то время как минерализация воды озер бывает от очень низкой, в несколько десятков мг/л (т.е. мало отличающейся от дождевом) до очень высокой 3-3,5% (соляные озера с рассолом до предела насыщенного солями). Различие в минерализации отражается и на ионном составе воды озер. В нем наблюдаются закономерности, которые свойственны и химическому составу речной воды. С увеличением минерализации озерной воды происходит относительный рост ионов в ее составе в такой последовательности: HCO3->SO42->Cl-; Ca2+>Mg2+>Na+. При минерализации до 500-1000 мг/л в составе озерной воды преобладают гидрокарбонатные ионы, свыше 0,1% - чаще всего сульфатные, а по достижении 0,3-0,5% в зависимости от литологических особенностей водосборной площади - сульфатные или хлоридные воды. В составе катионов озерных вод преобладающая роль кальция сохраняется лишь до 0,1-0,2%. При дальнейшем росте минерализации эту роль начинают играть ионы натрия. Ионы магния, так же как и во всех других водах, сохраняют при всех минерализациях промежуточное положение. Причина подобного распределения ионного состава заключается в различной растворимости солей. Подавляющая часть пресных озер, так же как и рек, по составу вод гидрокарбонатно-кальциевые.

Факторы влияющие на химический состав воды

Химический состав природной воды определяет предшествующая ему история, т.е. путь, совершенный водой в процессе своего круговорота. Количество растворенных веществ в такой воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с другой - от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Влиять на химический состав воды могут следующие факторы: горные породы, почвы, живые организмы, деятельность человека, климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр. Рассмотрим лишь некоторые факторы, влияющие на состав воды.

Почвенный раствор и фильтрующиеся через почву атмосферные осадки способны усиливать растворение пород и минералов. Это одно из важнейших свойств почвы, влияющее на формирование состава природных вод, является результатом увеличения концентрации диоксида углерода в почвенном растворе, выделяющегося при дыхании живых организмов и корневой системы в почвах и биохимическом распаде органических остатков. Вследствие этого концентрация CO2 в почвенном воздухе возрастает от 0,033 %, свойственных атмосферному воздуху, до 1 % и более в почвенном воздухе (в тяжелых глинистых почвах концентрация CO2 в почвенном воздухе достигает иногда 5-10 %, придавая тем самым раствору сильное агрессивное действие по отношению к породам). Другим фактором, усиливающим агрессивное действие фильтрующейся через почву воды, является органическое вещество - почвенный гумус, образующийся в почвах при трансформации растительных остатков. В составе гумуса в качестве активных реагентов прежде всего следует назвать гуминовые и фульвокислоты и более простые соединения, например органические кислоты (лимонная, щавелевая, уксусная, яблочная и др.), амины и т.п. Почвенный раствор, обогащаясь органическими кислотами и CO2, во много раз ускоряет химическое выветривание алюмосиликатов, содержащихся в почвах. Аналогично вода, фильтрующаяся через почву, ускоряет химическое выветривание алюмосиликатов и карбонатных пород, подстилающих почву. Известняк легко образует растворимый (до 1,6 г/л) гидрокарбонат кальция:

CaCO3 + H2O + CO2 - Ca(HCO3)2

Почти на всей европейской части России (кроме Карелии и Мурманской области) известняки, а также доломиты MgCO3*CaCO3 залегают довольно близко к поверхности. Поэтому вода здесь содержит преимущественно гидрокарбонаты кальция и магния. В таких реках, как Волга, Дон, Северная Двина, и основных их притоках гидрокарбонаты кальция и магния составляют от 3/4 до 9/10 всех растворённых солей.

Соли попадают в водоёмы и в результате деятельности человека. Так, хлоридами натрия и кальция зимой посыпают дороги, чтобы растапливать лёд. Весной вместе с талой водой хлориды стекают в реки. Треть хлоридов в реках европейской части России привнесена туда человеком. В реках, на которых стоят крупные города, эта доля гораздо больше.

Рельеф местности косвенно влияет на состав воды, способствуя вымыванию солей из толщи пород. Глубина эрозионного вреза реки облегчает поступление в реку более минерализованных грунтовых вод нижних горизонтов. Этому же способствуют и другие виды депрессий (речные долины, балки, овраги), улучшающие дренирование водосбора.

Климат же, создает общий фон, на котором происходит большинство процессов, влияющих на формирование химическою состава природных вод. Климат прежде всего определяет баланс тепла и влаги, от которого зависит увлажненность местности и объем водного стока, а следовательно, и разбавление или концентрирование природных растворов и возможность растворения веществ или выпадения их в осадок.

Огромное влияние на химический состав воды и его изменение с течением времени оказывают источники питания водного объекта и их соотношение. В период таяния снега вода в реках, озерах и водохранилищах имеет более низкую минерализацию, чем в период, когда большая часть питания осуществляется за счет грунтовых и подземных вод. Это обстоятельство используют при регулировании наполнения водохранилищ и сброса из них воды. Как правило, водохранилища наполняют в период весеннего половодья, когда приточная вода имеет меньшую минерализацию.

Физический состав воды

На месте качество воды может быть оценено приблизительно по внешним физическим признакам. К числу их относятся: прозрачность воды, цвет ее, запах, вкус, осадок, взвешенные вещества и температура. Определение этих показателей очень простое и необходимо для первого контрольного суждения о доброкачественности воды.

Большинство подземиых вод прозрачно, бесцветно, без запаха, без специальных привкусов и не имеет осадка или мути. Темнература подземных вод изменяется от +0,2°, +2° С (подмерзлотные воды) до +6, +10° С, иногда в южных областях поднимаясь до 12 - 16° С, и всегда является постоянной для: данного, глубоко залегающего водоносного горизонта. Температура грунтовых вод, особенио так называемых «верховодок», несколько изменяется в зависимости от изменений температуры воздуха по временам года и в некоторых случаях в зависимости от изменений суточных температур. Резкие изменения температур глубоко залегающих подземных - вод, если они точно установлены, могут указывать на близкое расположение области питания. В таких случаях резко изменяется и положение статического уровня в буровой скважине в зависимости от выпадающих осадков. При самоизливе или фонтанировании в этих случаях наблюдаются резкие изменения дебита.

Наличие запаха указывает на присутствие в воде следов сероводорода и др. По вкусу можно отличить соленые и горько-соленые воды, а также воды, содержащие железо. Осадок и главным образом мутность воды (ее непрозрачность пли расцветка) зависят от присутствия в ней мельчайших взвешенных минеральных или органических частичек. Муть иногда появляется в первоначально прозрачной воде в результате выпадения окиси железа (растворимая закись железа на солнечном свету переходит в нерастворимую окись железа -- ржавчину). В последнем случае на дне и стенках сосуда после отстаивания выпадает осадок от бледно-жёлтого до красно-бурого цвета.

Гигиена воды и водоснабжения

Вода - важнейший элемент окружающей среды, оказывающий существенное влияние на здоровье и деятельность человека, это основа зарождения и поддержания всего живого. Известный французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери сказал о природной воде: "Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь, ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами... Ты самое большое богатство на свете...".

Источники водоснабжения, их гигиеническая характеристика и проблемы санитарной охраны вод

гигиенический воздух вода санитарный

К источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения следует отнести подземные, поверхностные и атмосферные воды.

К подземным водам относятся грунтовые воды, располагающиеся на водоупорном ложе и не имеющие над собой водоупорной кровли; межпластовые воды, имеющие водоупорное ложе и кровлю. Если пространство между ложем и кровлей не полностью занято водой, то это безнапорные воды. Если же это пространство заполнено и вода находится под напором, то такие воды называются межпластовыми напорными, или артезианскими.

Поверхностные воды - это воды рек, озер, водохранилищ. Наиболее надежными в гигиеническом отношении считаются межпластовые воды. Благодаря защищенности водоносных пластов артезианские воды обычно обладают хорошими органолептическими свойствами и характеризуются почти полным отсутствием бактерий. Межпластовые воды богаты солями, жесткие, так как, фильтруясь через почву, обогащаются углекислотой, которая выщелачивает из почвы соли кальция и магния. В то же время солевой состав подземных вод не всегда оптимален. Подземные воды могут содержать избыточные количества солей, тяжелых металлов (бария, бора, бериллия, стронция, железа, марганца и др.), а также микроэлементов - фтора. Кроме того, эти воды могут быть радиоактивны.

Питание открытых водоемов происходит в основном за счет атмосферных осадков, поэтому химический состав и бактериологическая обсемененность их непостоянны и зависят от гидрометеорологических условий, характера почв, а также наличия источников загрязнения (выпуски хозяйственно-бытовых, городских, ливневых, промышленных сточных вод).

Атмосферные (или метеорные) воды - это воды, которые выпадают на поверхность земли в виде осадков (дождя, снега), ледниковые воды. Для атмосферных вод характерна малая степень минерализации, это воды мягкие; содержат растворенные газы (азот, кислород, углекислоту); прозрачны, бесцветны; физиологически неполноценны.

Качество атмосферной воды зависит от местности, где собирают эту воду; от метода сбора; тары, в которой она хранится. Перед использованием вода обязательно должна подвергаться очистке и обеззараживанию. Используется в качестве питьевой в маловодных районах (на Крайнем Севере и на юге). В течение длительного времени не может быть использована для питья, так как содержит мало солей и микроэлементов, в частности бедна фтором.

При выборе источника питьевого водоснабжения с гигиенических позиций предпочтение отдается в убывающем порядке следующим источникам: 1) напорные межпластовые (артезианские); 2) безнапорные межпластовые; 3) грунтовые; 4) поверхностные открытые водоемы - водохранилища, реки, озера, каналы.

Для выбора и оценки качества источников водоснабжения разработан ГОСТ 27.61-84 "Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические и технические требования и правила выбора". За объект стандартизации в этом ГОСТе взяты источники водоснабжения, которые разделены на три класса. Для каждого из них предложена соответствующая система обработки воды.

Природный источник, выбираемый для целей централизованного водоснабжения населения, должен удовлетворять следующим основным требованиям:

* Обеспечить получение необходимого количества воды с учетом роста числа населения и водопотребления.

* Давать воду, отвечающую гигиеническим требованиям при экономически выгодной системе очистки.

* Обеспечить бесперебойность снабжения населения водой, не нарушая сложившийся гидрологический режим водоема.

* Иметь условия для организации зон санитарной охраны (ЗСО).

Проблема питьевого водоснабжения - одна из актуальных гигиенических проблем для многих регионов Земного шара. На это есть объективные причины: неравномерное распределение пресных вод на планете. Большая часть пресных вод планеты сосредоточена в Северном полушарии. Треть наиболее жарких районов суши имеет крайне скудные речные системы. В таких районах практически трудно гарантировать снабжение населения водой и создание санитарно-гигиенических условий в соответствии с современными требованиями.

С другой стороны, в середине XX в. человек столкнулся с неожиданной и непредвиденной проблемой - недостатком пресной воды в тех районах Земного шара, где вода никогда не была дефицитом: в районах, страдающих подчас от избытка влаги. Речь идет об интенсивном антропогенном загрязнении водоисточников, что выдвигает острейшие проблемы современного питьевого водоснабжения: их эпидемиологической и токсикологической безопасности.

Решение этих проблем начинается с вопросов охраны водоисточников. Вопросы охраны водных объектов волнуют сегодня представителей самых различных специальностей. И это не случайно. Один и тот же водоисточник используется многими водопользователями. У каждого из них свое собственное представление о благополучии водной экосистемы и свои утилитарные требования к качеству воды. С одной стороны, это определяет множественность научных разработок по проблеме качества вод. С другой стороны, затрудняет ее решение, так как трудно удовлетворить требования всех водопользователей; найти единые методические подходы; единые, удовлетворяющие всех, критерии.

В течение многих лет преобладала концепция, согласно которой приоритет отдавался таким водопользователям, как промышленность, энергетика, мелиорация и т. д., и на последнем месте стояли интересы охраны вод.

Законы, правительственные решения отражали, прежде всего, права и обязанности различных водопользователей и в меньшей мере вопросы безопасности вод.

В то же время санитарная охрана водоемов должна базироваться на профилактическом принципе, обеспечивать безопасность питьевых вод и здоровья населения.

Существует несколько моделей организации системы водоохранных мероприятий. Так, на протяжении многих десятилетий господствовала концепция академика А. Н. Сысина и С. Н. Черкесского, в основу которой положен принцип "оптимизации" сброса и соблюдения ПДК у пунктов водопользования населения, что не позволяет в современных условиях оценить реальную нагрузку на водоем. Это обусловлено многими факторами: несовершенством аналитической базы и отсутствием полного мониторинга за качеством сточных, питьевых вод и воды водоисточников; низкая эффективность требований к организации ЗСО; несовершенство управления сбросом сточных вод на основе ПДС; трудность выбора безопасных источников водоснабжения; низкая барьерная функция отечественных водопроводов.

Сегодня появились новые подходы к природоохранной деятельности.

В основе их лежат две принципиально различные модели охраны окружающей среды: директивно-экономическая (ДЭМ) и модель технического нормирования (МТН).

ДЭМ устанавливает жесткие лимиты на сброс загрязняющих веществ, что требует строительства дорогостоящих очистных сооружений, приводит к нерентабельности основного производства.

В 90-е гг. ХХ в. была введена плата за сброс. За нормативный сброс загрязняющих веществ (на уровне ПДС) плата относилась на счет себестоимости продукции; за превышение нормативно допустимого сброса устанавливались штрафные санкции (из прибыли предприятия). Получалась парадоксальная ситуация: при иллюзии очень жесткого эколого-гигиенического нормирования заведомая невыполнимость этих требований приводила к нулевому результату.

Основным недостатком ДЭМ, которая хоть и носит профилактический характер и базируется на принципах гигиенического нормирования, является ее ориентация на стратегию "конца трубы". Весь комплекс водоохранных мероприятий, согласно этой модели, внедряется в конце технологического цикла. Сначала производим загрязнения, затем пытаемся от них избавиться.

Наиболее перспективной является МТН, которая, в отличие от ДЭМ, ориентирована на борьбу с загрязнениями в источнике их образования. МТН относит к источникам загрязнения непосредственно технический процесс и ориентирована на стратегию "наилучшей существующей технологии" (НСТ).

Выбор НСТ в Швеции осуществляют специальные фирмы-консультанты, которые проводят экологический аудит и готовят заявку. Обосновывается выбор НСТ (на альтернативной основе); проводится системный анализ материальных и энергетических потоков, сырья, качества готовой продукции.

Обоснованность выбора оценивает Шведский Национальный природоохранный суд. В Швеции отработан весь механизм получения эколого-гигиенического заключения на производственную деятельность: от этапа подачи заявки до выбора НСТ и получения заключения на модернизацию производства.

Значение воды

Без воды, как и без воздуха, нет жизни.

Вода входит в структуру организма, составляя основную часть веса тела. Человек буквально рожден из воды. Содержание воды в различных органах и тканях различно. Так, кровь - более чем на 90 % вода. Почки состоят из воды на 82 %, мышцы содержат воды до 75 %, в печени воды до 70 %, кости содержат 28 % воды, даже зубная эмаль содержит 0,2 % воды.

Не менее значительна роль воды как растворителя питательных веществ. Процесс растворения пищевых веществ с помощью ферментов, всасывание питательных веществ через стенки пищеварительного канала и доставка их тканям осуществляется в водной среде.

Вместе с солями вода принимает участие в поддержании величины осмотического давления - этой важнейшей константы организма.

Вода является основой кислотно-щелочного равновесия.

Без воды невозможен водный и минеральный обмен в организме. За сутки в организме человека дополнительно образуется до 300-400 мл воды.

Вода определяет объем и пластичность органов и тканей. Наиболее подвижным резервуаром ее является кожа и подкожная клетчатка.

Вода систематически поступает в организм и выводится из него (табл. 6.2).

Физиологическая потребность в воде зависит от возраста, характера работы, пищи, профессии, климата и т. д. У здорового человека в условиях обычных температур и легкой физической нагрузки физиологическая потребность в воде составляет 2,5- 3,0 л/сутки.

Вода, принимаемая внутрь, с полным основанием может рассматриваться как питательное вещество, так как содержит минеральные вещества, различные органические соединения, микроэлементы. Многочисленные минеральные воды с успехом используются для лечения патологии самых различных органов и систем: пищеварения, выделительной системы, системы кроветворения, ЦНС, сердечно-сосудистой патологии.

Однако в условиях жаркого климата и тяжелой физической нагрузки потребность в воде резко возрастает. (Суточная потребность в воде при выполнении работы средней тяжести при температуре воздуха 30-32 °С увеличивается до 5-6 л, а при выполнении тяжелой физической нагрузки возрастает до 12 л.) Велико значение воды в теплообмене человека. Обладая большой теплоемкостью и большой теплопроводностью, вода способствует поддержанию постоянной температуры тела. Особую роль в теплообмене человека вода играет в условиях высоких температур, так как при температурах окружающей среды выше температуры тела человек отдает тепло преимущественно за счет испарения влаги с поверхности кожи.

Лишение воды человек переносит труднее, чем лишение пищи. Без воды человек может прожить только 8-10 дней. Дефицит всего в 3-4 % вызывает снижение работоспособности. Потеря 20 % воды ведет к смерти.

Вода может использоваться в целях закаливания, механизм которого определяется термическим воздействием воды (контрастное закаливание - русские, финские бани); механическим - массаж массой воды - в душах, при купании в море; химическим действием морской воды, содержащей много солей.

Вода улучшает микроклимат населенных мест, смягчая действие крайних температур зимы и лета. Способствует росту зеленых насаждений. Имеет эстетическое значение в архитектурном оформлении городов.



Вода как причина массовых инфекционных заболеваний

В отдельных случаях, когда питьевая вода является недоброкачественной, она может стать причиной эпидемий. Исключительно большое значение имеет водный фактор в распространении: острых кишечных инфекций; глистных инвазий; вирусных заболеваний; важнейших тропических трансмиссивных заболеваний.

Основным резервуаром патогенных микроорганизмов, кишечных вирусов, яиц гельминтов в окружающей среде являются фекалии и хозяйственно-бытовые сточные воды, а также теплокровные животные (крупный рогатый скот, домашняя птица и дикие животные).

Классические водные эпидемии инфекционных заболеваний регистрируются сегодня преимущественно в странах с низким уровнем жизни. Однако и в экономически развитых странах Европы, Америки регистрируются локальные эпидемические вспышки кишечных инфекций.

Через воду могут передаваться многие инфекционные заболевания, в первую очередь холера. История знала 6 пандемий холеры. По данным ВОЗ, в 1961-1962 гг. началась 7-я пандемия холеры, которая достигла максимума к 1971 г. Особенность ее состоит в том, что она вызывалась холерным вибрионом Эль-Тор, который более длительно выживает в окружающей среде.

Распространение холеры в последние годы связано с целым рядом причин:

- несовершенством современных систем водоснабжения;

- нарушениями международного карантина;

- усиленной миграцией людей;

- быстрой перевозкой загрязненных продуктов и воды водным и воздушным транспортом;

- распространенным носительством штамма Эль-Тор (от 9,5 до 25 %).

Водный путь распространения особенно характерен для брюшного тифа. До устройства централизованного водоснабжения водные эпидемии брюшного тифа были обычными для городов Европы и Америки. Менее чем за 100 лет, с 1845 по 1933 г., описаны 124 водные вспышки брюшного тифа, причем 42 из них возникли в условиях централизованного водоснабжения, и 39 эпидемий. Эндемичным по брюшному тифу был Петербург. Крупные водные эпидемии брюшного тифа имели место в Ростове-на-Дону в 1927 г. и в Краснодаре в 1928 г.

Паратифозные водные эпидемии, как самостоятельные, встречаются крайне редко и обычно сопровождают эпидемии брюшного тифа.

Сегодня достоверно установлено, что через воду может передаваться и дизентерия - бактериальная и амебная, иерсениозы, кам-пилобактериозы. Сравнительно недавно возникла проблема заболеваний, вызванных легионеллами. Чаще заражаются в бассейнах или на курортах в местах использования термальных вод, при вдыхании водяной пыли вблизи фонтанов.

К водным заболеваниям следует отнести ряд антропозоонозов, в частности лептоспирозы и туляремию. Лептоспиры обладают способностью проникать через неповрежденную кожу, поэтому человек заражается чаще в районах купания в загрязненных водоемах либо во время сенокосов, полевых работ. Эпидемические вспышки приходятся на летне-осенний период. Ежегодная заболеваемость во всем мире составляет 1 %, в рекреационный период возрастаетдо 3 %.

Водные вспышки туляремии возникают при заражении источников водоснабжения (колодцы, ручьи, реки) выделениями больных грызунов в период туляремийных эпизоотий. Заболевания чаще регистрируются среди сельскохозяйственных рабочих и скотоводов, употребляющих воду из загрязненных рек и небольших ручьев. Хотя известны эпидемии туляремии и при использовании водопроводной воды в результате нарушений режима очистки и обеззараживания.

Водный путь распространения характерен также для бруцеллеза, сибирской язвы, эризипилоида, туберкулеза и других антро-позоонозных инфекций.

Часто недоброкачественная вода может быть источником вирусных инфекций. Этому способствует высокая устойчивость вирусов в окружающей среде. Сегодня наиболее изучены водные вспышки вирусных инфекций на примере инфекционного гепатита. Большинство вспышек гепатита связано с нецентрализованным водоснабжением. Однако и в условиях централизованного водоснабжения водные эпидемии гепатита имеют место. Например, в Дели (1955-1956 гг.) - 29 000 человек.

Определенное значение имеет водный фактор и в передаче инфекций, вызванных полиовирусами, вирусами Коксаки и ЕСНО. Водные вспышки полиомиелита имели место в Швеции (1939-1949 гг.),

ФРГ - 1965 г., Индии - 1968 г., СССР (1959, 1965-1966 гг.).

В основном вспышки связаны с использованием загрязненной колодезной воды и речной воды.

...