Древние сооружения для очистки воды
Кроме водоводов, системы античного водоснабжения имели особые водоемы – отстойники для очищения воды и особый гидравлический прибор для удобства распределения воды по городу в конце водовода. Распределение производилось при помощи трех резервуаров, в одном из которых находилась вода, предназначенная для общественных колодцев и фонтанов (водометов), в другом – вода для бань, а в третьем – для частных домов.
Поражают своими масштабами и великолепием очистные сооружения в районе г. Байи (на берегу Неаполитанского залива). Они занимают обширные пространства и покрыты сводом, покоящимся на 48 колоннах.
Менее впечатляющими по размерам, но более наглядными являются очистные сооружения на сохранившемся в Риме водопроводе Агриппы.
Водопроводы строили также Август, Калигула и Клавдий.
Девять водопроводов снабжали водой Рим в конце I в. н. э., обеспечивая ежедневно подачу 5,5 млн ведер чистой воды. К концу III в. до н. э. число водопроводов в Риме достигло 13. Подземные источники воды обустраивались специальным образом, над ними возводились различные постройки. Многие из них сохранились до настоящего времени.
Исправное состояние водопроводов было заботой значительного числа чиновников. Вода была одним из самых ходовых и недорогих товаров. Невысокая стоимость потребляемой воды и огромные ее объемы обеспечивали значительные финансовые поступления в казну государства.
Огромные количества использованной воды требовали отвода. По водосточным канавам вода отводилась в Тибр. Со временем сбросные каналы (клоаки) стали огораживать, а во II в. до н. э. главный отводной канал был покрыт сводом.
Отвод воды также существенно пополнял государственную казну. Именно в античном Риме при императоре Веспасиане был введен налог на уборные, и именно с этого момента вошло в обиход выражение «деньги не пахнут». Осмотр водоотводных каналов занимал у императора целый день, а это свидетельствует о значительных размерах водоотводного хозяйства и экономической заинтересованности в его развитии.
Современное отношение к питьевой воде
Прежде всего, определим, что такое питьевая вода. На основе множества самых разнообразных исследований специалисты создали стандарты, нормы содержания различных веществ в воздушном бассейне города, в различной по использованию воде и т. д.; если эти нормы не превышены, то непосредственной угрозы человеческому здоровью нет. Есть такие нормы и для питьевой воды.
Сразу заметим, что эти нормы (их называют ПДК – предельно допустимые концентрации) несколько отличаются в разных странах. Здесь сказываются и различные методики, и результаты исследований. Создать методику выяснения безопасных норм, провести длительные опыты на животных, а иногда и на добровольцах, а в итоге получить данные, что именно эта доза не угрожает человеческому здоровью – дело весьма сложное. Правда, различие в этих нормах не столь уж большое.
Но главное, нормы нужно соблюдать. В Советском Союзе уже в 1937 г. был разработан и утвержден первый ГОСТ на качество водопроводной воды, эти ГОСТы постоянно совершенствовались и дополнялись.
Обычно полагают, что плохая питьевая вода – это вода, содержащая микробы, вирусы, то есть различные микроорганизмы, возбуждающие болезни. Такую воду надо прокипятить (что иногда делается), а для страховки от заразы еще принять рюмку водки, продезинфицировав тем самым кишечник, но не все так просто...
Да, действительно, вода может выступать в роли распространителя эпидемий из-за находящихся в ней патогенных бактерий, палочек холеры, брюшного тифа, паратифа, дизентерии, туляремии, водной лихорадки, бруцеллеза, полиомиелита. Вода часто становится источником заражения человека животными паразитами – глистами. С загрязненной водой в организм человека могут попасть яйца некоторых паразитических червей. В кишечнике они превращаются в паразитов (таковы аскариды, острицы). Наконец, через воду иногда происходит заражение лямблиями, которые поражают печень. Попавшие в воду возбудители кишечных инфекций сохраняют жизнеспособность длительное время. Например, палочка брюшного тифа может сохраняться в речной воде до 183 дней, дизентерии – до 92 дней. Показатель пригодности воды определяется микробным числом, то есть общим числом бактерий на 1 мл воды, выдержанной в течение суток при температуре 37 °С, или содержанием кишечной палочки. Концентрация кишечных палочек выражается двумя показателями: колититром (наименьшее количество воды, в котором обнаруживается 1 кишечная палочка) и коли-индексом (количество кишечных палочек в 1 л воды).
Колититр должен быть не менее 300, коли-индекс не более 3, микробное число не более 100.
Но не только возбудители кишечных инфекций представляют прямую угрозу для нашего здоровья. Человек употребляет для питья в среднем 2,5 л воды в сутки, содержащей 0,02-2 г минеральных веществ на один литр воды.
Вода природных источников содержит большое количество разнообразных микроэлементов, их роль в жизнедеятельности организма значительна. Избыток или недостаток тех или иных микроэлементов способен оказывать влияние на здоровье, привести к нарушению обмена веществ, в результате возникают геохимические эпидемии. Например, эндемический зоб, вызываемый недостатком йода. Такие заболевания встречаются в центральных областях РФ, в районах Кавказа, Урала, Алтая и Прибайкалья; за рубежом среди населения США, Китая, Швейцарии, Австрии и других стран.
Нормальным считается, когда человек ежесуточно получает с питьевой водой и пищей 0,05-0,1 мг йода. Если природные воды содержат недостаточное количество йода, то произрастающие в той местности сельскохозяйственные продукты, как правило, также содержат его мало, что и обусловливает заболевание. В больших городах, даже если йода в местной воде недостаточно, заболеваний эндемическим зобом не отмечается.
Объясняется все просто: жители городов употребляют привозные продукты, получая в общей сложности достаточное количество этого микроэлемента. А в небольших населенных пунктах целесообразно использовать при питании йодированную поваренную соль.
Другое заболевание, связанное с составом питьевой воды, эндемический флюороз (поражение эмали зубов). Оно возникает там, где в воде содержится избыток фтора (более 1,5 мг/л), который, кроме флюороза, вызывает поражение костного аппарата (остеосклероз, остеопороз), функциональные нарушения нервной и некоторых ферментных систем. Флюороз наблюдается почти во всех странах мира, что объясняется разбросанностью в земных недрах фтористых минералов и их значительной растворимостью в водах. Заболевают в основном люди, которые с детства употребляли воду для питья с повышенным содержанием фтора.
С другой стороны, недостаток фтора в питьевой воде (менее 0,6 мг/л) тоже вреден в совокупности с другими факторами (нерациональное питание, недостаток ультрафиолетовой радиации, неблагоприятные условия труда и быта) – возникает кариес зубов. В РФ особенно много таких заболеваний среди детей на севере, где питьевая вода бедна фтором.
В принятом стандарте для питьевой воды установлены предельно допустимые концентрации мышьяка (0,05 мг/л) и свинца (0,1 мг/л) эти микроэлементы в определенных концентрациях могут стать ядовитыми. В существующем ГОСТе также указаны предельные содержания веществ, изменяющих вкус воды: меди не более 3,0 мг/л и цинка не более 5,0 мг/л.
Нормы и правила предусматривают обезжелезивание воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, если содержание железа в воде превышает 0,3 мг/л; такие концентрации железа отрицательно сказываются на вкусовых качествах воды. При использовании подземных вод содержание железа в них в исключительных случаях может быть допустимо до 1,0 мг/л.
Установлено и предельно допустимое содержание нитратов в воде, оно составляет 10 мг/л по азоту. При превышении этого количества могут наблюдаться признаки такого заболевания, как метгемоглобинемия. В основе метгемоглобинемии лежит та или иная степень кислородного голодания, симптомы которого проявляются в первую очередь у детей, особенно грудного возраста. Они заболевают преимущественно при искусственном вскармливании, когда сухие молочные смеси разводят водой, содержащей нитраты, или при употреблении этой воды для питья. Дети старшего возраста менее подвержены этой болезни, а если заболевают, то менее тяжело, так как у них сильнее развиты компенсаторные механизмы.
Употребление воды, содержащей 2-11 мг/л нитратов, не вызывает повышения в крови уровня метгемоглобина, тогда как использование воды с концентрацией 50-100 мг/л резко увеличивает этот уровень. Метгемоглобинемия проявляется цианозом, увеличением содержания в крови метгемоглобина, снижением артериального давления. Эти симптомы специалисты зарегистрировали не только у детей, но и у взрослых. Содержание нитратов в питьевой воде в концентрации ниже 10 мг/л является безвредным.
Обследования водоисточников, проведенные как за рубежом, так и в свое время в разных районах России, показывают, что примерно 30% всех обследованных колодцев имеют воду, содержащую нитраты в количествах выше 10 мг азота в литре. Нитраты природного происхождения, например в Татарии, – обычное явление в подземных водах.
Бериллий довольно широко распространен в природе. Он содержится в некоторых природных водах.
Бериллий является ядом общетоксического действия, который способен накапливаться в организме человека, приводя к поражению дыхательной, нервной и сердечно-сосудистой систем. Содержание бериллия в питьевой воде допускается в концентрации, не превышающей 0,002 мг/л.
Молибден также встречается в природных водах. Избыточное его попадание в организм человека ведет к заболеванию молибденовой подагрой. Безвредной считается концентрация молибдена в питьевой воде менее 0,5 мг/л.
Стронций несложно отыскать в природных источниках, при этом его концентрации колеблются в широких пределах (от 0,1 до 45 мг/л). Длительное поступление больших количеств стронция в организм приводит к функциональным изменениям печени. Вместе с тем продолжительное употребление питьевой воды, содержащей стронций в концентрациях меньших 7 мг/л, не вызывает функциональных и морфологических изменений в тканях, органах и организме человека. Эта величина принята в качестве норматива содержания стронция для питьевой воды.
Также не предусматривается содержание в воде нитритов. Согласно современным данным, нитриты в кишечнике человека под влиянием обитающих в нем бактерий восстанавливаются в нитраты. Всасывание нитратов ведет к образованию метгемоглобина и частичной потере активности гемоглобина в переносе кислорода.
Уран – широко распространенный в природе радиоактивный элемент, его большие концентрации могут встречаться в подземных водах. В основу нормирования урана положены не его радиоактивные свойства, а токсическое влияние как химического элемента. Допустимое содержание урана в питьевой воде равно 1,7 мг/л.
Строго регламентируется и предельно допустимая концентрация некоторых добавок, применяемых для осветления воды (например, полиакриламида, сернокислого алюминия).
Считается целесообразным контроль наличия в воде аммония (не более 0,05 мг/л), так как он, в определенных количествах, может создать благоприятные условия для роста микроорганизмов, вызвать коррозию труб, затруднить хлорирование. Не допускается в питьевой воде и присутствие свободной углекислоты, которая способна повредить трубопроводы, а также привести к выщелачиванию токсических микроэлементов. А вот растворенный кислород, наоборот, должен содержаться в воде в количестве не менее 5 мг/л, в противном случае вода может приобрести неприятный запах и привкус, в ней возникнут благоприятные условия для роста микроорганизмов.
Кроме химического состава воды, устанавливаются определенные нормы и на ее органолептические свойства: прозрачность, цвет, вкус, запах. Люди неохотно пользуются водой, если она мутна, окрашена или чем-либо пахнет, даже если им известно, что это не вредит здоровью.
Установлены показатели, определяющие пригодность воды в отношении ее органолептических свойств. К ним относятся запах и привкус при температуре 20 °С не более 2 баллов; цветность по шкале не более 20°. В исключительных случаях по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы цветность воды может быть допущена до 35°. Специфические запахи и привкусы, появляющиеся при хлорировании, не должны превышать 1 балла.
К требованиям, обеспечивающим должные органолептические свойства, относится также отсутствие различаемых невооруженных глазом водных организмов. Если они имеются, значит, в неудовлетворительном состоянии находятся очистные сооружения водопровода. При хлорировании воды на водопроводных станциях не должно появляться хлорфенольных запахов, которые возникают при содержании в ней фенола и креозолов. Государственный санитарный контроль за качеством воды в местах водозабора перед поступлением в сеть и в самой распределительной сети осуществляется по плану, установленному органами санитарно-эпидемиологической службы.
Важным показателем воды является ее жесткость. Каждый знает, что если водой неприятно мыть голову, приходится долго намыливать волосы, то вода «жесткая». Но мало кто знает, что такое «жесткая вода» на самом деле.
Вы уже знаете, что в питьевой воде допускается содержание свинца не более 0,1 мг/л (количество свинца в мг на 1 л воды). Для измерения жесткости воды используют другую единицу: грамм-эквивалент (мг-экв) количество вещества в граммах или мг, численно равное его эквиваленту. Если вы сделали анализ воды и в результатах будет написано, например, что общая жесткость воды 5 мг-экв/л, нужно знать хорошо это или плохо. Заметим, что жесткость воды также зависит от времени года: минимальна она во время весенних паводков и максимальна зимой.
Природа жесткой воды
Жесткость воды – это содержание в воде растворенных солей щелочноземельных металлов, прежде всего кальция и магния. Различают кальциевую и магниевую жесткость, а их сумма называется общей жесткостью воды. Таблица 1 содержит сведения об общей жесткости воды. Иногда в справочной литературе приводят и несколько другие величины (например, жесткая вода 8-12 мг-экв/л).
Таблица 1
Общая жесткость различной воды
Жесткую воду не желательно использовать для различных бытовых, технических целей, об этом мы поговорим чуть позже. А человеческое здоровье? Как оно реагирует на содержание кальция и магния в воде? Оказывается, и мало солей плохо, и много тоже плохо. Вопрос, как влияет употребление жесткой воды на здоровье, нельзя считать до конца выясненным. Тем не менее, исследования немецких и английских ученых доказали, что существует определенная взаимосвязь между употреблением жесткой воды и распространенностью некоторых болезней. Изучая состав воды и распространенность наиболее часто встречающихся заболеваний в различных городах Германии, специалисты заметили, что чем больше в воде того или иного города солей и примесей, тем меньше среди горожан, употреблявших эту воду, случаев инфаркта и приступов гипертонии. И наоборот, чем мягче питьевая вода, тем выше процент сердечно-сосудистых заболеваний среди населения. Например, в Глазго, где очень мягкая вода, самая высокая на Британских островах смертность от сердечно-сосудистых заболеваний. В Лондоне же картина совершенно другая: случаев инфаркта со смертельным исходом здесь на 37% меньше, чем в Глазго.
Жесткая вода мало пригодна для стирки белья. Содержащиеся в ней растворимые известковые соли (кальция и магния) соединяются с мылом, образуя нерастворимый осадок, который вместе с загрязнениями остается на ткани, придавая ей желтоватый или серый цвет и делая белье хрупким и липким. Ухудшаются и гигиенические свойства белья: пористость, гигроскопичность, воздухопроницаемость, а расход моющих средств увеличивается на 20-40%. Для умягчения воды чаще всего применяют щелочи: соду, тринатрийфосфат, поташ, силикат натрия (жидкое стекло) и др. Вода также умягчается при кипячении. При этом из нее улетучивается углекислый газ, входящий в состав известковых солей, вследствие чего известковые соли переходят в нерастворимое состояние и осаждаются на стенках посуды, образуя накипь. Самым простым индикатором жесткости воды является растворимость мыла. Немного измельченного мыла (в виде стружек) кладут в стакан горячей воды. Если мыло полностью растворится и после охлаждения получится прозрачный раствор, значит вода мягкая, если же на поверхности образуется пленка нерастворимого мыла – вода жесткая.