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.
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).
| 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.