В воде обнаружено до 65 микроэлементов, содержащихся в тканях животных и растений в концентрациях, соответствующих тысячным долям процента и менее. Гигиеническое значение микроэлементов, определяется биологической ролью многих из них, поскольку они не только участвуют в минеральном обмене, но и существенно влияют на общий обмен в качестве катализаторов биохимических процессов. В настоящее время доказано биологическое значение для животных и растений около 20 микроэлементов.
Необходимо учитывать, что ряд микроэлементов в концентрациях, встречающихся в природной воде, могут оказывать неблагоприятное влияние на здоровье или изменять органолептические свойства воды. Поэтому они подлежат нормированию.
Нередки случаи, когда те или иные примеси к питьевой воде, не являлись непосредственной причиной болезни, оказывают косвенное неблагоприятное влияние, ухудшая органолептические свойства воды. Наличие мути, необычный цвет, запах и привкус воды с глубокой древности служили признаком ее недоброкачественности. В процессе эволюции человека выработалась защитная реакция - чувство отвращения и представление об опасности для здоровья воды с неблагоприятными органолептическими свойствами.
Установлено, что незначительные изменения органолептических свойств воды снижают секрецию желудочного сока. Вместе с тем приятные вкусовые ощущения повышают остроту зрения и частоту сокращений сердца, а неприятные понижают.
Нельзя не учитывать и эстетическое воздействие неблагоприятных органолептических свойств воды. В этой связи уместно вспомнить слова
Ф.Ф. Эрисмана: "Было бы непростительной ошибкой считать удовлетворение этого эстетического требования роскошью, т.к. здесь эстетика и гигиена сливаются настолько, что разделить их положительно не представляется возможным".
Таким образом природная вода с крайне выраженной степенью колебания ее состава и свойств далеко не всегда может удовлетворить физиологические и гигиенические потребности человека. В ряде случаев ее потребление может вызвать неблагоприятные изменения в организме: от различных случаев нарушения метаболизма до развития выраженных нозологических форм, а микробная флора природной воды способна вызвать эпидемические вспышки кишечных инфекционных заболеваний. Отсюда вытекает необходимость гигиенического нормирования или стандартизации состава и свойств питьевой воды, а также обработки источников водоснабжения.
Стандартизация качества воды имеет большую историю. Критерии безопасности воды для здоровья менялись с расширением медицинских и биологических знаний. Соответственно менялись и гигиенические требования к воде. В истории гигиенического нормирования качества питьевой воды можно выделить четыре этапа.
Первый этап нормирования качества воды относится к глубокой древности. По свидетельству Гиппократа (трактат "О воздухе, водах и местностях") для отличия чистой, т.е. "здоровой", воды от непригодной, "нездоровой", пользовались внешними признаками ее качества (мутность, цветность, запах, привкус), которые легко определять органами чувств. Органолептический способ оценки воды как единственно доступный в то время безраздельно господствовал в течение многих веков. Однако общее, только качественное, определение органолептических свойств воды не придавало ее оценке необходимую степень объективности и не могло охарактеризовать многих весьма важных признаков.
Становление второго этапа связано с открытиями М. Ломоносова и Лавуазье в области химии, а именно с развитием количественного и качественного анализа. Результаты химических анализов, выраженные мерой и массой, привлекали своей конкретностью, т.к. могли быть использованы в качестве масштаба для сравнения воды разных источников. Большое внимание уделялось определению общей минерализации воды по плотному остатку, содержанию хлоридов и сульфатов, жесткости воды. Выбор методов определяется их доступностью. Со временем стали определять содержание в воде органических соединений и продуктов их разложений (аммиак, нитриты, нитраты).
Третий этап охарактеризовался преимущественным изучением бактериального состава воды и переходом к гигиеническому нормированию качества питьевой воды. Особое значение имело открытие Робера Коха. Участвуя в 1891 году в ликвидации крупной эпидемии холеры в Гамбурге-Альтоне, Кох установил не только факт отсутствия заболеваний в Альтоне, но и связал его с очисткой речной воды на сапрофитную микрофлору показали, что вода альтонского водопровода содержала не более 100 сапрофитов в одном мл. А в воде гамбургского водопровода было гораздо больше микробов. На этом основании Кох сделал вывод, имевший характер количественной оценки, что вода, в которой находится не более 100 сапрофитов в 1мл, не содержит патогенных микробов (в данном случае холерных вибрионов). Это первый пример, когда гигиенический норматив был предложен в результате излучения степени влияния воды не организм. Вместе с тем появилось представление о качестве воды не только водоисточника, но и питьевой воды. В дальнейшем в практику оценки эффективности очистки был внедрен метод определения титра кишечной палочки.
Кишечная палочка, являясь обязательным и постоянным обитателем кишечника человека, находится в тесной связи с группой патогенных микроорганизмов-возбудителей кишечных инфекций человека. По этой причине обнаружение ее в воде в большей мере свидетельствует о наличии степени эпидемической опасности. Не маловажно, что метод определения кишечной палочки в воде высоко надежен и доступен для лабораторий. В 1914 году в США был опубликован первый стандарт качества питьевой воды, которым нормировался только бактериальный состав - общий счет колоний и титр кишечной палочки.
В первом стандарте оказался воплощенным новый принцип нормирования качества воды, исходивший из ее пригодности для питьевых целей, безопасности и безвредности для здоровья населения. Третий этап развития гигиенического нормирования можно назвать переломным. Начиная с этого времени проблема гигиены воды приобрела физиолого-гигиеническое направление.
На четвертом этапе по мере накопления новых знаний, научных данных о влиянии на организм человека химических факторов внешней среды появилась необходимость пересмотра стандарта с целью его расширения.
Гигиенические требования и контроль качества" на основании новых научных данных опыта эксплуатации водопроводов и контроля за их работой был уточнен ряд нормативов, подчеркнуто, что качество воды, соответствующее требованиям ГОСТа, должно обеспечиваться на протяжении всей водопроводной сети и не зависит от вида источника водоснабжения и системы обработки воды.
Требования ГОСТа, обеспечивающие безопасность питьевой воды в эпидемическом отношении, основываются на косвенных показателях - количестве сапрофитов в 1мл воды и индексе бактерий группы кишечной палочки.
Требования ГОСТа к химическому составу воды включают 20 показателей для веществ, встречающихся в природных водах и добавляемых в нее при обработке на очистных сооружениях. При этом одна группа показателей призвана обеспечить безопасность воды в токсикологическом отношении, другая - не допускать нарушения органолептических свойств воды.
ГОСТ регламентирует требования к качеству питьевой воды, подаваемой централизованными системами хозяйственно-питьевого водоснабжения из местных водоисточников (шахтные колодцы, каптажи родников и пр.) безопасность водопользования обеспечивается нормативами, в соответствии с которыми вода местных источников должна иметь прозрачность не менее 30 см по шрифту Снеллена, цветность не более 300, привкус и запах при 10 20 0С не более 2-3 баллов, содержание нитратов 45 мг/л, коли-индекс не более 10. Возможность некоторого смягчения требований к качеству воды местных источников водоснабжения обусловлена большей возможностью контроля за эпидемической обстановкой в зоне питания источника водоснабжения и ограниченностью контингента, пользующихся колодцем или каптажом.
Одним из главных принципиальных вопросов гигиены питьевой воды является выбор водоисточника. Этот выбор проводится путем технико-экономического сравнения вариантов источников водоснабжения, которыми могут быть атмосферные, подземные и поверхностные.
Атмосферные воды, весьма слабо минерализованы, очень мягкие, содержат мало органических веществ и свободны от патогенных бактерий. В дальнейшем на качество воды влияет способ сбора и хранения.
Подземные воды, пригодны для целей питьевого водоснабжения, залегают на глубине не более 250 - 300 м. По условиям залегания различают верховодку, грунтовые и межпластовые воды, значительно отличающиеся друг от друга по гигиеническим характеристикам.
Подземные воды, залегающие наиболее близко к земной поверхности, называются верховодкой. Вследствие поверхностного залегания, отсутствия водоупорной кровли и малого объема верховодка легко загрязняется, как правило, в санитарном отношении она ненадежна и не может считаться хорошим источником водоснабжения.
Грунтовые воды - воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта. Они не имеют защиты из водоупорных слоев; область питания грунтовых вод совпадает с областью их распространения.
Грунтовые воды характеризуются весьма непостоянным режимом, который целиком зависит от гидрометеорологических факторов, частоты выпадения и обилия осадков. Вследствие этого имеются значительные сезонные колебания уровня стояния, химического и бактериального состава грунтовых вод. Запас их пополняется за счет инфильтрации атмосферных осадков либо воды рек природы высокого уровня. В процессе инфильтрации вода в значительной мере освобождается от органического и бактериального загрязнения; при этом ухудшается и ее органолептические свойства. Используются грунтовые воды главным образом в сельской местности при организации колодезного водоснабжения.