Приоритет требований безопасности является очевидным, поскольку бытовые и городские сточные воды содержат широкий спектр патогенных бактерий, вирусов, цист простейших и яиц гельминтов. Результаты многочисленных исследований указывают на то, что такие сточные коды, как правило, включают полный набор патогенных микроорганизмов, характерных для жителей данной местности. В этой связи биологическое загрязнение сточных под обусловливает наибольший риск в большинстве случись повторного их использования. Степень этого риска зависит от многих факторов, определяющими из которых являются: вид возбудителя, его вирулентность, концентрация в сточных водах, устойчивость во внешней среде и к действию дезинфектантов, характер возможного воздействия на человека и т.д.

С эпидемиологической и гигиенической точек зрения наибольшую опасность при повторном использовании сточных вод могут представлять энтеровирусы, что объясняется их высокой устойчивостью в воде, патогенными факторами для человека, интенсивным повсеместным распространением и отсутствием мер специфической профилактики.

Водные вспышки вирусных инфекционных заболеваний описаны во многих странах мира. В США в период с 1940 по 1971г. было зарегистрировано 65 эпидемических вспышек гепатита А, причем большая часть из них была обусловлена водным фактором. Как правило, такие вспышки связаны с непреднамеренным косвенным использованием сточных вод (в частности, при использовании воды водоемов, загрязненной сточными водами с высоким содержанием кишечных вирусов, для питья или рекреационных целей, употреблением овощей и фруктов, которые орошались сточными водами.

Оценивая информацию об опасности биологического загрязнения повторно используемой воды, необходимо отметить, что она довольно противоречила и отношении преднамеренного применения сточных под для различных целой. В развивающихся странах сряди сельскохозяйственных рабочих, занятых на обработке полей, орошаемых сточными водами, широко распространены инфекционные кишечные заболевания.

Существенно, что при использовании сточных вод в сооружениях, на которых образуется гидроаэрозоль (градирни, брызгальные бассейны, разбрызгиватели на полях орошения и т.д.), не исключена возможность загрязнения атмосферного воздуха микроорганизмами. В частности, при поливе сельскохозяйственных культур недостаточно очищенными сточными водами в воздухе на значительном расстоянии обнаруживается патогенная микрофлора, она также регистрируется и вблизи городских очистных сооружений. Между тем, известно, какую опасность представляет наличие патогенной микрофлоры в окружающем человека воздухе. Особое опасение вызывает гидроаэрозоль сточных вод в связи с возможностью передачи возбудителя эпидемического пегионеллеза. За годы, прошедшие со времени первого описания пегионеллеза в 1976 г., выявлено большое число случаев данной инфекции и подтверждена существенная роль в ее распространении систем оборотного водоснабжения, кондиционеров, душевых установок. Совсем недавно произошла крупная вспышка пегионеллезной инфекции на заводе резиновых изделий в г. Армавире. Распространение возбудителя в составе гидроаэрозоля из градирен и кондиционеров привело к заболеванию 236 человек.

1.2 Химическое загрязнение сточных вод

При повторном использовании сточных вод, особенно в условиях непосредственного контакта с ними человека, важное значение приобретает химическое загрязнение воды. Сточные воды представляют собой многокомпонентную смесь сложного химического состава, в них обнаруживаются десятки тысяч неорганических и органических соединений, многие из которых способны оказывать неблагоприятное влияние на организм.

К наиболее опасным компонентам сточных вод, в первую очередь, следует отнести тяжелые металлы. В сточных водах крупных промышленных центров определяется до 20 металлов, причем концентрации свинца, хрома, мышьяка, кадмия и др. нередко превышают их ПДК. В пересчете на 1 жителя в такие стоки поступает, мкг/сут: кадмия - 72-192; никеля - 405-1661; хрома - 230-775; свинца - 0,51-6,75; марганца - 6,5-8,2; меди - 3,1-55,8. Массивным источником загрязнения окружающей среды солями тяжелых металлов являются гальванические производства, в сточных водах которых концентрации этих соединений достигают десятков и сотен единиц.

Между тем по классификации Международного агентства изучения рака (МАИР) мышьяк и хром выделены в группу веществ, канцерогенное действие которых установлено наиболее достоверно. Накоплен большой фактический материал, свидетельствующий об общетоксическом, мутагенном и канцерогенном действии кадмия, никеля, бериллия и свинца. Это подтверждено как эпидемиологическими наблюдениями, так и в эксперименте на животных.

Характерной особенностью токсического действия тяжелых металлов является изменение первичных и вторичных структур ДНК. Причем этот эффект наблюдается при воздействии низких концентраций металлов, в частности, на уровне 0,1-0,2 ч/млн. у хрома и ртути, 20-40 ч/млн. у кадмия, кобальта, свинца, марганца. Отсюда понятны существенные нарушения обмена веществ и ингибирование ферментов в организме под влиянием свинца, мышьяка, кадмия, ртути и др.

Широко известны эпидемиологические наблюдения неблагоприятных последствий косвенного использования сточных под, содержащих высокие концентрации металлов. В Японии описаны классические эффекты отравления кадмием с необратимым поражением почек, в дальнейшем получившие название болезни Итай-итай, обусловленные загрязнениями от горнодобывающего комплекса. В этой же стране в 1984 г. были зарегистрированы тяжелые заболевания костно-мышечной системы у жителей, потреблявших рис с полей, орошаемых шахтными водами с высокими уровнями кадмия.

Не меньшую известность получили экологические катаклизмы, связанные с ртутным загрязнением. Установлено, что неорганическая ртуть под действием микроорганизмов сточных вод может превратиться в высокотоксичную метил-ртуть, которая накапливается в пищевых цепочках. Симптомокомплекс, развивающийся у людей, употреблявших в пищу рыбу и моллюски, содержащие метилртуть, получил название болезни Минамата. Для нее характерны тяжелые нарушения со стороны сердечно-сосудистой и нервной систем.

Серьезную угрозу для здоровья населения представляют и многие органические соединения. Достаточно упомянуть, что в городских сточных водах постоянно обнаруживаются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), нитрозамины, пестициды, полихлорированные бифенилы, сведения об отдаленных последствиях действия которых многочисленны и общеизвестны. К примеру, в сточных водах Стокгольма выявлено около 200 ПАУ, многие из которых (метилированные хризены и фенантрены) относятся к соединениям с выраженными мутагенными и (или) канцерогенными свойствами. Особо опасны N -нитрозосоединения, даже несмотря на то, что их содержание в сточных водах, как правило, не превышает 1 мкг/л. Это обусловлено тем, что N -нитрозосоединения вызывают образование опухолей во многих органах экспериментальных животных, причем действие этих соединений не зависит от пути поступления их в организм.

Следует также учитывать, что городские сточные воды в высокой степени загрязнены нитратами и нитритами, которые под действием микроорганизмов могут превращаться в N-нитрозосоединения. Кроме того, нитриты обладают собственной мутагенной активностью.

В течение длительного времени внимание исследователей концентрировалось на изучении токсических эффектов отдельных соединений, присутствующих в сточных водах. Однако такого рода исследования не позволяют в полной мере определить реальную степень опасности всей суммы загрязнений сточных вод. В этой связи несомненный интерес вызывает изучение действия на организм нативных сточных вод или экстрактов из них. Необходимо отметить, что сведения о таких исследованиях немногочисленны. В 1970 г. появилась одна из первых публикаций о неблагоприятном действии на теплокровный организм бытовых сточных вод. Наряду с биохимическими сдвигами в крови наблюдалось возникновение опухолей надпочечников у белых крыс, получавших сточные воды вместо питьевой воды.

При изучении свойств микрозагрязнений, экстрагированных из речной воды, отобранной в месте сброса сточных вод были получены схожие результаты. К примеру, с помощью теста Эймса установлена значительная мутагенная активность сточных вод, отобранных на 10 очистных станциях штата Иллинойс (США). В дальнейшем длительный анализ с использованием методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии подтвердил наличие мутагенов в сточных водах. Авторам удалось идентифицировать более 243 соединений, из которых 20 входят в перечень приоритетных веществ Агентства по охране окружающей среды.

Таким образом, повторное использование сточных вод получает все большее распространение во многих странах мира. Вместе с тем гигиенические последствия применения сточных вод для различных хозяйственных целей, особенно в условиях непосредственного контакта человека с восстановленной водой, далеко не ясны. Результаты экспериментальных и эпидемиологических исследований указывают на существование определенного риска для здоровья населения, обусловленного антропогенным загрязнением сточных вод. В этих условиях высокая степень очистки сточных вод выступает в качестве основного фактора профилактики инфекционных заболеваний и интоксикаций среди контингента населения, подвергающихся прямому или косвенному воздействию сточных вод.

Глава II. Методы обезвреживания сточных вод и проблемы безопасности использования восстановленной воды

В условиях быстрого роста масштабов повторного использования сточных вод адекватная очистка их приобретает не только большое народнохозяйственное значение, но и становится одной из актуальных гигиенических проблем. Причем ключевым вопросом является разработка эффективной технологии водоподготовки, обеспечивающей наряду с надежным обеззараживанием высокое качество воды по химическим и органолептическим показателям.

Очевидно, что после полготовки вода не должна содержать патогенные микроорганизмы и химически опасных для человека концентрациях с учетом условий воздействия при использовании ее для технического водоснабжения. Вместе с тем, существующая практика очистки высокозагрязненных химическими соединениями с крайне неблагоприятными микробиологическими показателями сточных вод крупных промышленных центров на стандартных городских сооружениях в значительной мере исчерпала свои возможности. В большинстве случаев традиционная схема, включающая механическую и биологическую очистку, является недостаточной для обеспечения безопасного повторного использования воды.

Имеется немало свидетельств, подтверждающих справедливость этого заключения. В самом деле, даже городские сточные воды, менее загрязненные по сравнению с производственными, после биологической очистки нередко содержат значительные концентрации химических соединений, далеко не безразличных для здоровья человека, и представляют немалую опасность в эпидемическом отношении (табл.3).

Таблица 3 . Показатели качества городских сточных вод после механической и биологической очистки

Показатель	До очистки	После очистки	Эффект, %
Взвешенные вещества, мг/л	90-300	60-150	40-50
БПК5, мг/л	200-400	60-90	70-78
ХПК, мг/л	280-400	190-280	31-35
СПАВ, мг/л	1,7-3,6	0,8-1,3	60-65
Азот общий, мг/л	47-71	33-51	20-28
Хром, мкг/л	16-2430	10-260	30-89
Ртуть, мкг/л	0,3-3,5	0,2-2,8	20-32
Свинец, мкг/л	11-72	4-26	70-74
Мышьяк, мкг/л	100-320	8-50	85-90
Кадмий, мкг/л	4-42	2-8	50-71
Никель, мкг/л	60-800	20-100	67-87
Энтеровирусы, ед./дм3	103 -106	10-104	97-98
Сальмонеллы, ед./дм3	102 -104	10-103	96-98

Важно отметить, что биологическая очистка, как правило, не приводит также к снижению до безвредных уровней пестицидов, хлорированных бифенолов и других высокоопасных соединений.

Более того, сточные воды после биологической очистки обладают в тесте Эймса не менее выраженной мутагенной активностью, чем неочищенные стоки, а при действии на теплокровный организм проявляют цитогенетическую, гонадо-токсическую и канцерогенную активность.

Все это не противоречит современным представлениям, согласно которым в процессе очистки и обеззараживания сточных вод возможна трансформация химических веществ, с образованием более опасных соединений, чем исходные вещества. В частности, многочисленные исследования указывают на вероятность таких эффектов при хлорировании сточных вод.

Сточная вода после биологической очистки содержит значительные количества вирусов, бактерий, простейших и яиц гельминтов. Надежное обеззараживание воды такого качества возможно только при хлорировании после «точки перелома» при наличии свободного активного хлора. Между тем в этих условиях наиболее полно протекают реакции хлора с органическими веществами как природного, так и синтетического происхождения с образованием галоформных соединений (ГФС). В 1974 г. впервые было показано, что в процессе хлорирования образуются ГФС. В дальнейшем при обследовании водопроводов 83 городов США, 70 - Канады, а также ряда городов ФРГ, Англии, Польши, Германии и нашей страны установлено, что наиболее часто и в сравнительно высоких концентрациях образуются следующие соединения: хлороформ, бромдихлорметан, дибромхлорметан, бромоформ. Среди ГФС в хлорированной воде определяются также четыреххлористый углерод, тетрахлорэтилен, дихлорэтан и др. Общее число ГФС, идентифицированных и хлорированных биологически очищенных сточных водах, насчитывает сотни наименований.

Соединения из группы ГФС отличаются чрезвычайным разнообразием по влиянию на качество воды и теплокровный органном. Ряд соединений из этой группы способен в минимальных концентрациях ухудшить органолептические свойства воды (хлорфенолы), другие обладают выраженными общетоксическими и кумулятивными свойствами (четыреххлористый углерод), наконец, третьи - наиболее опасные для здоровья населения - в экспериментах на животных проявляют себя как активные бластомогены и мутигены (хлороформ, 1 ,2-дихлорэтан, трихлорэтилен и др.).

Хотя не все эти исследования являются до конца убедительными или корректно выполненными, очевидно, что при хлорировании воды появляется фактор, влияющий в определенной степени на возникновение опухолей у человека. По-видимому, этот фактор не столь выражен, чтобы в значительной мере влиять на общий уровень онкологической заболеваемости населения. К примеру, методом математической экстраполяции доказано, что частота новообразований, обусловленных употреблением воды, содержащей хлороформ в концентрациях более 100 мкг/л, не велика и не превышает 3-7 случаев на 100 тыс. населения. Вместе с тем нет оснований не принимать этот фактор во внимание при оценке опасности для населения ГФС, образующихся при хлорировании воды.

Тем более в ряде экспериментальных работ установлено, что у животных под влиянием, правда, высоких доз, хлороформа, дихлорэтана, трихлорэтана и других ГФС могут возникать опухоли, сходные по своей локализации с опухолями, выявленными у населения, потреблявшего хлорированную питьевую воду.

Анализируя проблему ГФС, следует обратить внимание на то, что в настоящее время основное внимание уделяется изучению опасного действия хлорорганических соединений, в первую очередь тригалометанов, образующихся при хлорировании питьевой воды. Признавая актуальность этой проблемы, следует подчеркнуть, что она по своей сути, в известной мере, вторична и является нередко следствием массивного загрязнения источников водоснабжения химическими веществами и продуктами их трансформации, содержащимися в сточных водах.

Обработка сточных вод хлором с целью обеззараживания сопровождается образованием значительно больших по сравнению с питьевой водой количеств хлорорганических веществ. Считается, что при хлорировании сточных вод около 1% использованного хлора идет на образование ГФС. В то же время в США, к примеру, расходуется более 100 тыс. т хлора в год на обеззараживание сточных вод. Естественно, что хлорированные сточные воды рассматриваются в качестве одного из основных источников загрязнения водных объектов этими высокоопасными веществами.

Следует отметить, что собственно тригалометапы обнаруживаются в хлорированных стоках в концентрациях, не превышающих 100 мкг/л и, по-видимому, в силу высокой летучести к низкой стабильности особой опасности в большинстве случаев повторного использования сточных вод не представляют. Существенно больший удельный вес и значение имеют образующиеся в сточных водах при хлорировании малолетучие химические соединения, отличающиеся высокой стабильностью и низкой способностью к биодеградации. Несмотря на то, что большинство подобного рода соединений не идентифицировано и определяется в форме так называемого общего органического хлора, по мнению ряда исследователей, именно они обусловливают уровень опасности хлорированных сточных вод. В частности, высказывается предположение, что мутагенная активность определяется в основном не столько присутствием в хлорированной воде летучих соединений (тригалометанов), сколько нелетучих с молекулярным весом около 200.