Тема 6. Гигиеническая оценка качества питьевой воды

Цель занятия:

1. Ознакомление с гигиеническими требованиями и нормативами качества питьевой воды.

2. Оценка качества образца питьевой воды посредством опреде­ления органолептических, химических показателей, а также со­держания растворенного кислорода.

3. Оформление гигиенического заключения по оценке качества питьевой воды с рекомендациями по улучшению ее качества.

Место проведения занятия: учебно-профильная лаборатория гигиены воды.

Согласно санитарным правилам и нормам «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды цент­рализованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качест­ва» (СанПиН 2.1.4.1074-01), введенным с 26 сентября 2001 г., питьевая вода должна быть бе­зопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Безопасность воды в эпидемическом отношении подтверждается определением общего микробного числа (не более 50 образующих колонии бактерий в 1 мл), термотолерантных колиформных бактерий, общих колиформных бактерий, колифагов, спор клостридий и цист лямблий. В случае превышения нормативов проводится исследование воды на наличие патогенных бактерий кишечной группы и энтеровирусов.

Безвредность питьевой воды по химическому составу опреде­ляется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ.

Таблица 23

Химические показатели качества питьевой воды

Показатели	Единицы измерения	Нормативы (ПДК), не более	Класс опасности
Водородный показатель	единицы pH	в пределах 6–9
Общая минерализация (сухой остаток)	мг/л	1000 (1500)
Жесткость общая	ммоль/л	7,0 (10)
Окисляемость перманганатная	мг/л	5,0
Нефтепродукты	мг/л	0,1
Поверхностно-активные вещества (ПАВ)	мг/л	0,5
Нитраты	мг/л
Сульфаты	мг/л
Хлориды	мг/л
Ртуть	мг/л	0,0005
Свинец	мг/л	0,03
Мышьяк	мг/л	0,05
Марганец	мг/л	0,1 (0,5)
Хлор –остаточный свободный –остаточный связанный	мг/л мг/л	в пределах 0,3–0,5 в пределах 0,8–1,2
Хлороформ	мг/л	0,2
Озон остаточный	мг/л	0,3
Формальдегид	мг/л	0,05

Примечание: величина, указанная в скобках, может быть ус­тановлена для конкретной системы водоснабжения на основании оценки санитарно-эпидемиологической обстановки.

Жесткость обусловлена солями кальция и магния. Устранимая жесткость связана с бикарбонатами кальция и магния, которые при кипячении превращаются в плохо растворимые монокарбонаты, выпадающие в осадок. Неустранимая жесткость зависит от содер­жания хлоридов, сульфатов и прочих солей кальция и магния. Во­да с высокой жесткостью приводит к чрезмерному потреблению мы­ла и последующему образованию «пены». При нагревании жесткая воды образует отложения накипи. Мягкая вода в большей степени вызывает коррозию водопроводных труб.

При большой концентрации солей кальция в питьевой воде, превышающей концентрацию солей магния, увеличивается частота болезней системы кровообращения, пищеварительной, мочеполовой и костно-мышечной систем, растет заболеваемость всеми формами ра­ка. Согласно другим данным, среди населения, употребляющего маломинерализованную воду, более, чем у тех, кто пьет воду с нормальным количеством минеральных солей, распространены забо­левания сердечно-сосудистой, эндокринной, пищеварительной и мочеполовой систем. Физическое развитие детей лучше в районах, снабжаемых водой с оптимальным содержанием солей. У женщин, потребляющих маломинерализованную воду, чаще встречаются ран­ние и поздние токсикозы. Новорожденные из районов, где вода была с низкими показателями жесткости, имели более низкий уро­вень здоровья.

Одним из условных химических показателей загрязнения воды является окисляемость, выражаемая в миллиграммах кислорода, расходуемого на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды. Если окисляемость превышает 5 мг/л, то это указывает на возможное загрязнение водоисточника.

Аммиак в окружающей среде появляется как продукт процессов метаболизма сельскохозяйственного и про­мышленного производства, а также в результате процесса обезза­раживания с использованием хлорамина. Аммиак в воде является индикатором возможного бактериального загрязнения, присутствия сточных вод и отходов животноводства. Исключение составляет аммиак растительного или геохимического происхождения. Обнару­жение в воде аммиака обычно свидетельствует о ее свежем заг­рязнении. Дальнейшим продуктом окисления аммонийных солей яв­ляются нитриты. Нитраты представляют собой конечный продукт окисления. Наличие их в воде при отсутствии аммиака и нитритов свидетельствует о сравнительно давнем попадании в воду азотсо­держащих веществ. В организме нитраты восстанавливаются в нит­риты и вызывают метгемоглобинемию. Наиболее подверженными мет­гемоглобинемии считаются младенцы в возрасте до трех месяцев, однако такая патология встречается и у взрослого населения.

Эксперименты показывают, что ни нитраты, ни нитриты не действуют непосредственно как канцерогены, но существует бес­покойство по поводу повышения риска рака для человека в ре­зультате образования N-нитрозосоединений, многие из которых являются канцерогенами.

Хлориды являются показателем бытового загрязнения. Повышение концентрации хлоридов в воде говорит об опасном загрязнении воды продуктами жизнедеятельности человека (фекалии, моча). Они могут быть в местах с солончаковой почвой, и в этом случае они не указывают на загрязнение воды. Кроме того, установлена прямая связь между уровнем хлоридов в воде и заболеваниями органов кровообращения. При высокой концентрации хлоридов наблюдается повышение артериального давления у взрослых и детей.

Сульфаты являются показателем загрязнения воды животными отбросами. При большом количестве их в воде ингибируется всасывание воды и нарушается желудочная секреция, т.е. отмечается послабляющее действие.

Благоприятные органолептические свойства воды определяются ее соответствием нормативам, указанным в таблице 24, а также нормативам содержания веществ, оказывающих влияние на органо­лептические свойства воды, приведенным в таблице 23.

Таблица 24

Органолептические показатели качества питьевой воды

Показатели	Единицы измерения	Нормативы, не более
Запах	баллы
Привкус	баллы
Цветность	градусы	20 (35)
Мутность	мг/л	1,5 (2)

Привкус и запах воды связаны с естественными источниками или процессами (например, водными микроорганизмами), с хими­ческим загрязнением или с очисткой и обеззараживанием воды. Привкус и запах могут также возникать при хранении и распреде­лении воды. Привкус и запах не должны вызывать неприятных ощу­щений у потребителя.

Цветность питьевой воды обычно обусловлена присутствием окрашенного органического вещества, связанного с почвой. На цветность сильно влияет присутствие железа и других металлов в виде естественных примесей или в качестве продукта коррозии. Она бывает также обусловлена загрязнением водоисточника про­мышленными стоками.

Мутность питьевой воды обусловлена взвешенными веществами, которые могут присутствовать в воде вследствие недостаточной очистки. Мутность может также объясняться присутствием взве­шенных неорганических веществ в некоторых грунтовых водах. Сильная мутность защищает микроорганизмы при обеззараживании и стимулирует рост бактерий.

Растворенный кислород является показателем способности во­ды к самоочищению. Он необходим для развития сапрофитных аэ­робных бактерий, с жизнедеятельностью которых связаны окисли­тельные процессы в воде. Норматив содержания растворенного кислорода в теплый период года составляет 7–9 мг/л, в холодный – 10–15 мг/л. Повышению этого показателя способствует процесс фотосинтеза, уменьшению – загрязнение открытых водоемов. Недо­пустимым считается уменьшение содержания растворенного кисло­рода ниже 4 мг/л. Исключение составляют подземные воды, не со­держащие кислорода, что не указывает на их загрязненность.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Определение запаха. В колбу на 200 мл наливают 100–150 мл исследуемой воды, закрывают, встряхивают и, открыв, сразу же оценивают интенсивность ощущения при комнатной темпе­ратуре по 5-бальной шкале. Характер запаха указывают описа­тельно, например, "болотный", "гнилостный", "рыбный" и т.д.

2. Определение цветности. Интенсивность окрашивания иссле­дуемой воды сравнивают с интенсивностью окрашивания стандарт­ных растворов шкалы Рублевской водопроводной станции. Для это­го в пустую пробирку наливают количество воды, равное стан­дартному, и сравнивают с образцами. Найдя наиболее близкий к исследуемой воде образец, оценивают ее цветность в градусах.

3. Определение общей жесткости. Жесткость определяют комп­лекснометрическим методом с трилоном Б в присутствии индикатора хромогена синего. В воде ионы кальция и магния образуют с хро­могеном синим непрочные яркокрасные соединения. При титровании таких растворов трилоном Б происходит изменение окраски в си­ний цвет в точке эквивалентности, т.е. когда добавленное коли­чество трилона Б свяжет ионы кальция и магния в бесцветные комплексы (окраска зависит от освобожденного индикатора хромо­гена синего). Эта реакция идет в щелочной среде (pH > 9).

Для определения общей жесткости в колбу наливают 100 мл исследуемой воды, добавляют 5 мл аммиачного буферного раствора и стеклянную ложечку хромогена синего. Затем титруют 0,1 н раствором трилона Б до появления синего окрашивания (с учетом постепенного процесса комплексообразования раствор трилона Б необходимо приливать медленно, в конце титрования только по каплям с интервалом в 5–10 сек.). Умножая количество мл 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование, на поправочный коэффициент этого раствора (К), получают общую жесткость в мг-экв/л.

4. Определение окисляемости. Метод основан на окислении органических веществ воды раствором марганцевокислого калия в кислой среде при нагревании. Остаток взятого с избытком окис­лителя связывают точным раствором щавелевой кислоты, непрореа­гировавшее количество которой дотитровывают тем же раствором KMnO₄. Титр последнего определяют по 0,01 н раствору щавелевой кислоты, 1 мл которого эквивалентен 0,08 мг кислорода.

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn⁺⁺ + 4H₂O;

2MnO₄^- + 5C₂O₄^-- + 16H⁺ = 2Mn⁺⁺ + 10CO₂ + 8H₂O.

В колбу к 100 мл исследуемой воды приливают 5 мл серной кислоты 1:3 и 10 мл 0,01 н раствора KMnO₄. Ее нагревают до ки­пячения и, начиная с этого момента, кипятят в течение 10 ми­нут. Затем в горячую колбу добавляют 10 мл 0,01 н раствора ща­велевой кислоты, перемешивают содержимое колбы покачиванием и обесцвеченный раствор титруют 0,01 н раствором KMnO₄ до слабо розового окрашивания. Для определения титра KMnO₄ в тот же раствор, пока он не остыл, добавляют 10 мл 0,01 н раствора ща­велевой кислоты и вновь титруют 0,01 н раствором KMnO₄.

Окисляемость расcчитывают по следующей формуле:

, где

X – окисляемость воды, мг/л;

V ₁ – суммарное количество 0,01 н раствора KMnO₄, добавлен­ное перед кипячением и пошедшее на первое титрование;

V ₂ – количество 0,01 н раствора KMnO₄, пошедшее на второе титрование;

(V ₁ – V ₂) – количество раствора KMnO₄, идущее на окисление взятой пробы воды;

10 – титруемый объем щавелевой кислоты при определении титра KMnO₄;

умножение на – перерасчет на точно 0,01 н раствор KMnO_4;

0,08 – количество кислорода, эквивалентное 1 мл 0,01 н раствора KMnO₄;

умножение на 0,08 – переход с количества мл 0,01 н раство­ра KMnO₄ на кислород;

– перерасчет с объема взятой пробы на 1 литр.

5. Определение солевого аммиака. Метод основан на образо­вании с реактивом Несслера иодистого меркураммония, придающего воде желтое окрашивание различной интенсивности в зависимости от содержания аммиака.

К 50 мл исследуемой воды прибавляют 2 капли сегнетовой со­ли и 1 мл реактива Несслера, все перемешивают. Через 5 минут полученный цветной раствор калориметрируют с помощью ФЭКа, пользуясь прямо пропорциональной зависимостью между оптической плотностью окрашенного раствора и концентрацией солевого амми­ака.

При проведении колориметрирования на пути левого и правого пучков помещают кюветы с дистиллированной водой. Индекс право­го барабана устанавливают на нулевом делении шкалы оптической плотности (красного цвета). Включают гальванометр, устанавли­вают его стрелку на нуль вращением фотометрического клина на пути левого пучка (рукояткой грубой настройки и тонкой наст­ройки). Это делается при нахождении переключателя чувствитель­ности гальванометра на первом, а затем на втором положении. Потом в правый световой пучок помещают кювету с исследуемым раствором, стрелка гальванометра отклонится, так как на правый фотоэлемент будет падать уменьшенный поток света. Вращением правого барабана увеличивают ширину щелевой диафрагмы до уста­новления стрелки гальванометра снова на нуль. Величину опти­ческой плотности определяют по правому барабану (красная шка­ла) и находят количественное содержание солевого аммиака по калибровочному графику.

6. Определение нитратов. Метод основан на переводе салици­ловой кислотой азота нитратов в нитропроизводные фенола, обра­зующие в щелочной среде соединения, окрашенные в желтый цвет.

В фарфоровой чашке выпаривают досуха 1 мл исследуемой во­ды, не допуская прокаливания. После охлаждения к сухому остат­ку добавляют 3 капли раствора салициловой кислоты и 10 капель концентрированной серной кислоты. Сухой остаток тщательно рас­тирают с реактивами стеклянной палочкой. После 5-ти минутного стояния в чашку прибавляют 5 мл дистиллированной воды и 3 мл раствора едкого натра. Ее содержимое хорошо перемешивают, за­тем переливают в пробирку с меткой на уровне 10 мл, доливают до метки дистиллированной водой. Затем часть полученного раст­вора переливают в другую калориметрическую пробирку до метки на уровне 5 мл. Полученную в последней пробирке окраску срав­нивают с эталонами жидкой шкалы, рассматривая растворы сверху. Концентрация нитратов в исследуемой воде соответствует кон­центрации, указанной на том эталоне, с которым совпадает ин­тенсивность окрашивания.

7. Определение содержания растворенного кислорода. При на­личии в воде растворенного кислорода после внесения туда хло­ристого марганца и едкого натра образуется гидрат окиси мар­ганца, причем количество последнего будет эквивалентно коли­честву кислорода в воде.

2MnCl₂ + 4NaOH = 2Mn(OH)₂ + NaCl;

4Mn(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Mn(OH)₃.

Гидрат окиси марганца с соляной кислотой образуют хлорный марганец, распадающийся на хлористый марганец и хлор:

2Mn(OH)₃ + 6 HCl = 2MnCl₃ + 6H₂O;

2MnCl₃ = 2MnCl₂ + Cl₂.

Хлор выделяет из иодистого калия иод в количестве, эквива­лентном поглощенному из воды кислороду, а иод титруют с 0,01 н раствором гипосульфита натрия.

Cl₂ + 2KI = 2KCl + I₂ ;

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O_6.

Исследуемая вода находится во флаконе с притертой пробкой, чтобы избежать соприкосновения жидкости с атмосферным возду­хом. На дно пробы вносят пипеткой 1 мл раствора хлористого марганца и 1 мл щелочной смеси (раствор едкого натра с иодис­тым калием). После этого флакон сразу же закрывают пробкой, в связи с чем через край горлышка выливается 2 мл содержимого флакона, несколько раз переворачивают, размешивая образовавши­еся хлопья, и оставляют стоять несколько минут.

Вслед за образованием осадка на дно пробы приливают 2 мл концентрированного раствора соляной кислоты, закрывают флакон пробкой, несколько раз переворачивают, переливают его содержи­мое в колбу, добавляют туда 0,5–1 мл крахмала и титруют 0,01 н раствором гипосульфита натрия до обесцвечивания. Содержание растворенного кислорода в воде рассчитывают по следующей фор­муле:

, где

X – содержание растворенного кислорода в воде, мг/л;

0,08 – количество кислорода, эквивалентное 1 мл 0,01 н раство­ра гипосульфита натрия;

А – количество мл 0,01 н раствора гипосульфита натрия, пошед­шее на титрование;

К – поправочный коэффициент 0,01 н раствора гипосульфита нат­рия;

V – объем флакона, мл;

V ₁– объем прилитых реактивов (NaOH + KI + MnCl₂) для образова­ния осадка (2 мл);

1000 – пересчет на 1 литр.

Сводные данные проведенных исследований

Таблица 25

Показатели качества воды

Показатели качества исследуемой воды	Полученные данные	Нормативы
Запах, баллы		не более 2
Характер запаха (описательно)
Цветность, градусы		не более 20
Общая жесткость, ммоль/л		не более 7
Окисляемость, мг/л		не более 5
Солевой аммиак, мг/л		не более 0,1
Нитраты, мг/л		не более 45
Содержание растворенного кислорода, мг/л		не ниже 4

Гигиеническое заключение. Дается обоснованная оценка качества исследуе­мой воды по ее органолептическим свойствам, жесткости, окисля­емости, содержанию солевого аммиака и нитратов. Отмечается также способность данной воды к самоочищению.

Контрольные вопросы.

1. Группы показателей, характеризующих качество питьевой воды.

2. Гигиеническая характеристика органолептических показателей качества воды и методы их определения.

3. Гигиеническое значение жесткости питьевой воды и метод ее определения.

4. Гигиеническое значение загрязнения воды органическими сое­динениями.

5. Химические показатели, характеризующие загрязнение воды, и методы их определения.

6. Сущность биохимических процессов превращения азотсодержащих веществ в воде.

7. Токсиколого-гигиеническая оценка нитратов в воде.

8. Гигиеническое значение содержания растворенного кислорода в воде, принцип метода его определения.

9. Эпидемические показатели качества питьевой воды.