Отвечаем на Ваши частые вопросы

---

       Вода, как известно, не только самое распространенное вещество в природе, но и универсальный растворитель. В воде обнаружено более 2000 природных веществ и элементов, из которых идентифицированы лишь 750, в основном, органические соединения. Однако вода содержит не только природные вещества, но и токсичные техногенные вещества. Они попадают в водные бассейны в результате промышленных выбросов, сельскохозяйственных стоков, бытовых отходов. Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ с непредсказуемым действием на окружающую среду, сотни из которых представляют собой новые химические соединения. В воде могут быть обнаружены повышенные концентрации токсичных ионов тяжелых металлов (например, кадмия, ртути, свинца, хрома), пестициды, нитраты и фосфаты, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества. Ежегодно в моря и океаны попадает до 12млн. тонн нефти. Определенный вклад в повышение концентрации тяжелых металлов в воде вносят и кислотные дожди в промышленно- развитых странах. Такие дожди способны растворять в грунте минералы и увеличивать содержание в воде токсичных ионов тяжелых металлов. В круговорот воды в природе вовлекаются и радиоактивные отходы с атомных электростанций. Сброс в водные источники неочищенных сточных вод приводит к микробиологической загрязненности воды. По оценкам Всемирной организации здравоохранения 80% заболеваний в мире вызваны низким качеством и антисанитарным состоянием воды. Особенно остро проблема качества воды стоит в сельской местности – примерно 90% всех сельских жителей в мире постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой.

 

 

Нормативные рекомендации складываются в результате экспертной оценки, основывающейся на нескольких факторах – анализе данных о распространенности и концентрации веществ, обычно обнаруживаемых в питьевой воде; возможностях очистки от этих веществ; научно обоснованных выводах о влиянии загрязняющих веществ на живой организм. Что касается последнего фактора, то он имеет некоторую неопределенность, поскольку экспериментальные данные переносятся с мелких животных на человека, затем линейно (а это условное допущение) экстраполируются с больших доз вредных веществ на малые, затем вводится «коэффициент запаса» - полученный результат по концентрации вредного вещества делится обычно на 100. Кроме того, существует неопределенность, связанная с неконтролируемым поступлением в воду техногенных примесей и отсутствием данных о поступлении дополнительных количеств вредных веществ из воздуха и продуктов питания. Относительно влияния канцерогенных и мутагенных веществ большинство ученых считают их воздействие на организм беспороговым, т. е. достаточно одной молекуле такого вещества попасть на соответствующий рецептор, чтобы вызвать заболевание. Реально рекомендуемые величины таких веществ допускают один случай заболевания по причине воды на 100 000 населения. Далее, в нормативах на питьевую воду приводится очень ограниченный перечень подлежащих контролю веществ и вовсе не учитывается вирусная инфекция. И, наконец, совершенно не учитываются особенности организма различных людей (что принципиально невозможно). Таким образом, нормативы на питьевую воду отражают, по существу, экономические возможности государств.

 

По ряду причин. Во-первых, формирование стандартов на питьевую воду исходит из экспертной оценки, основывающейся на нескольких факторах, которые зачастую не учитывают техногенного загрязнения воды и имеют некоторую неопределенность в обосновании выводов о концентрациях загрязняющих веществ, влияющих на живой организм. В результате, рекомендации Всемирной организации здравоохранения допускают, например, одно заболевание раком на сто тысяч населения из-за воды. Поэтому специалисты ВОЗ уже на первых страницах «Руководства по контролю качества питьевой воды» (Женева, ВОЗ) заявляют, что «несмотря на то, что рекомендуемые величины предусматривают качество воды, приемлемой для потребления в течение всей жизни, это не означает, что качество питьевой воды может быть снижено до рекомендуемого уровня. В действительности же необходимы постоянные усилия по поддержанию качества питьевой воды на наиболее высоком возможном уровне…а уровень воздействия токсичных веществ должен быть как можно более низким.». Во-вторых, возможности государств в этом плане (стоимость очистки, распределения и мониторинга воды) ограничены, да и здравый смысл подсказывает, что неразумно доводить до совершенства всю подаваемую в дома для хозяйственно-питьевых нужд воду, тем более что на питьевые цели расходуется примерно один процент от всей используемой воды. В-третьих, случается, что усилия по очистке воды на водоочистных сооружениях нейтрализуются из-за технических нарушений, аварий, подпитки загрязненных вод, вторичного трубного загрязнения. Так что принцип «защити себя сам» весьма актуален.

 

 

Хлор выполняет полезную функцию стража в отношении бактерий и обладает пролонгированным действием, но играет и негативную роль – при наличии определенных органических веществ образует канцерогенные и мутагенные хлорорганические соединения. Здесь важно выбрать наименьшее из зол. В критических ситуациях и при технических сбоях возможны передозировки хлора (гиперхлорирование), и тогда хлор, как токсичное вещество, и его соединения, становятся опасными. В США проводились исследования по влиянию хлорированной питьевой воды на родовые дефекты. Было установлено, что высокий уровень тетрахлорметана вызывал малый вес, гибель плода или дефекты центральной нервной системы, а бензол и 1,2-дихлорэтан – сердечные дефекты. С другой стороны, интересен и показателен такой факт – строительство бесхлорных (на основе связанного хлора) очистных систем в Японии привело к снижению затрат на медицину в три раза, и на десять лет к увеличению продолжительности жизни. Поскольку полностью отказаться от применения хлора не представляется возможным, выход видится в применении связанного хлора (гипохлоритов, диоксидов), что позволяет на порядок уменьшить побочные вредные соединения хлора. Учитывая также невысокую эффективность хлора в отношении вирусного инфицирования воды, целесообразно применять ультрафиолетовое обеззараживание воды (разумеется там, где это экономически и технически оправдано, т.к. ультрафиолет не обладает пролонгированным действием). В быту для удаления хлора и его соединений можно использовать угольные фильтры.

 

 

Что касается тяжелых металлов (ТМ), то большинство из них обладает высокой биологической активностью. В процессе водоподготовки в обработанной воде могут появиться новые примеси (например, на этапе коагуляции может появиться токсичный алюминий). Авторы монографии «Тяжелые металлы во внешней среде» отмечают, что «согласно прогнозам и оценкам в будущем они (тяжелые металлы) могут стать более опасными загрязнителями, чем отходы атомных электростанций и органические вещества». «Металлический прессинг» может стать серьезной проблемой в связи с тотальным влиянием тяжелых металлов на организм человека. Хронические интоксикации ТМ имеют выраженное нейротоксическое действие, а также существенно влияют на эндокринную систему, кровь, сердце, сосуды, почки, печень, на процессы обмена. Воздействуют они и на репродуктивную функцию человека. Некоторые металлы обладают аллергенным действием (хром, никель, кобальт), могут приводить к мутагенным и канцерогенным последствиям (соединения хрома, никеля, железа). Облегчает положение пока, в большинстве случаев, невысокая концентрация тяжелых металлов в подземной воде. Более вероятно присутствие тяжелых металлов в воде из поверхностных источников, а также появление их в воде в результате вторичного загрязнения. Наиболее эффективный способ удаления ТМ – использование фильтрующих систем на основе обратного осмоса.

 

 

Использование серебра в качестве обеззараживающего агента не получило широкого распространения по ряду причин. Прежде всего, согласно СанПиН 10-124 РБ99, основывающихся на рекомендациях ВОЗ, серебро как тяжелый металл, наряду со свинцом, кадмием, кобальтом и мышьяком относится к классу опасности 2 (высокоопасное вещество), вызывая при длительном употреблении заболевание аргироз. По данным ВОЗ естественное суммарное потребление серебра с водой и пищей составляет около 7 мкг/сутки, предельно допустимая концентрация в питьевой воде – 50 мкг/л, бактериостатический эффект (подавление роста и размножения бактерий) достигается при концентрации ионов серебра около 100 мкг/л, а бактерицидный (уничтожение бактерий) – свыше 150 мкг/л. При этом нет надежных данных о жизненно важной для организма человека функции серебра. Более того, серебро недостаточно эффективно в отношении спорообразующих микроорганизмов, вирусов и простейших и требует длительного контакта с водой. Поэтому специалисты ВОЗ считают, например, что использование фильтров на основе активированного угля, импрегнированного серебром, «допускается исключительно для питьевой воды, о которой известно, что она безопасна в микробиологическом отношении». Чаще же всего серебрение воды используется в случаях длительного хранения обеззараженной питьевой воды в герметичной таре без доступа света (в некоторых авиакомпаниях, на морских судах и т.п.), и для обеззараживания воды в бассейнах (в сочетании с медью), позволяя снижать степень хлорирования (но не полностью от него отказываться).

 

 

Жесткость воды обусловлена, в основном, присутствием в ней растворенных солей кальция и магния. Гидрокарбонаты этих металлов неустойчивы и со временем преобразуются в нерастворимые в воде карбонатные соединения, выпадающие в осадок. Этот процесс ускоряется при нагревании, образуя твердый белый налет на поверхностях нагревательных приборов (всем известная накипь в чайниках), а кипяченая вода становится более мягкой. При этом из воды удаляются кальций и магний – элементы необходимые для организма человека. С другой стороны, человек получает различные вещества и элементы и с продуктами питания, причем с продуктами питания в большей степени. Потребность организма человека в кальции - 0,8÷1,0 г, в магнии – 0,35÷0,5 г в сутки, а содержание этих элементов в воде средней жесткости составляет 0,06÷0,08 г и 0,036÷0,048 г, соответственно, т.е. примерно 8÷10 процентов суточной потребности и менее для более мягкой или кипяченой воды. В тоже время соли жесткости вызывают высокую мутность и першение в горле от чая, кофе и других напитков из-за содержания плавающего на поверхности и в объеме напитка осадка, затрудняют варку пищевых продуктов. Таким образом, вопрос заключается в определении приоритетов – что лучше: пить воду из-под крана или качественно очищенную после фильтра (тем более, что некоторые фильтры практически не влияют на исходную концентрацию кальция и магния). С точки зрения санитарных врачей вода должна быть безопасной для употребления, вкусной и стабильной. Поскольку бытовые фильтры очистки воды практически не меняют индекс стабильности воды, имеют возможность подключения минерализаторов и устройств УФ- обеззараживания воды, то они обеспечивают чистую и вкусную холодную и умягченную (на 50÷90%) для приготовления пищи и горячих напитков воду.

 

 

Вода - удивительное вещество в природе, меняющее свои свойства не только в зависимости от химического состава, но и при воздействии различных физических факторов. В частности, экспериментально было обнаружено, что даже кратковременное воздействие магнитного поля увеличивает скорость кристаллизации растворенных в ней веществ, коагуляции примесей и выпадения их в осадок. Сущность этих явлений до конца не выяснена, и в теоретическом описании процессов воздействия магнитного поля на воду и растворенные в ней примеси сосуществуют, в основном, три группы гипотез (по Классену):

- «коллоидная», в которой предполагается, что магнитное поле разрушает содержащиеся в воде коллоидные частицы, остатки которых образуют центры кристаллизации примесей, ускоряющие выпадение их в осадок;

- «ионная», согласно которой воздействие магнитного поля приводит к усилению гидратных оболочек ионов примеси, затрудняющих сближение ионов и их конгломерацию;

- «водяная», сторонники которой считают, что магнитное поле вызывает деформацию структуры ассоциированных с помощью водородных связей молекул воды, влияя таким образом на скорость протекающих в воде физико-химических процессов.

Как бы там ни было, обработка воды магнитным полем нашла широкое практическое применение. Ее используют для подавления накипеобразования в котлах, на нефтепромыслах для устранения осаждения минеральных солей в трубопроводах и парафинов в нефтепроводах, для снижения мутности природной воды на водопроводных станциях и обработки сточных вод в результате быстрого осаждения мелкодисперсных загрязнений. В сельском хозяйстве магнитная вода заметно повышает урожай, в медицине находит применение при удалении почечных камней.

 

 

Все известные технологические методы обеззараживания воды можно разделить на две группы – физические и химические. К первой группе относятся такие методы обеззараживания, как кавитация, пропускание электрического тока, радиационное (гамма-кванты или рентген) и ультрафиолетовое (УФ) облучение воды. Вторая группа способов обеззараживания основана на обработке воды химическими веществами (например, перекисью водорода, перманганатом калия, ионами серебра и меди, бромом, йодом, хлором, озоном), при определенных дозах оказывающих бактерицидный эффект. В силу ряда обстоятельств (недостаточность практических разработок, дороговизна внедрения и (или) эксплуатации, побочные эффекты, избирательности воздействия активного агента) реально на практике применяют, в основном, хлорирование, озонирование и УФ-облучение. При выборе конкретной технологии учитываются гигиенические, эксплуатационно-технические и экономические аспекты. В общем, если касаться недостатков того или иного метода, можно отметить, что:

- хлорирование наименее эффективно в отношении вирусов, вызывает образование канцерогенных и мутагенных хлорорганических соединений, требуются специальные меры к материалам оборудования и условиям работы обслуживающего персонала, имеется опасность передозировки, существует зависимость от температуры, pH и химического состава воды;

- озонирование характеризуется образованием токсичных побочных продуктов (броматы, альдегиды, кетоны, фенолы и др.), опасностью передозировки, возможностью повторного роста бактерий, необходимостью удаления остаточного озона, сложным комплексом оборудования (включая высоковольтное), использованием нержавеющих материалов, высокими строительными и эксплуатационными расходами;

- применение УФ-облучения требует качественной предварительной подготовки воды, отсутствует эффект пролонгации обеззараживающего действия.

 

 

За последние годы практический интерес к методу УФ-облучения с целью обеззараживания питьевых и сточных вод значительно возрос. Это связано с рядом несомненных достоинств метода, таких как высокая эффективность инактивации бактерий и вирусов, простота технологии, отсутствие побочных эффектов и влияния на химический состав воды, низкие эксплуатационные расходы. Разработка и применение в качестве излучателей ртутных ламп низкого давления позволило повысить КПД до 40% по сравнению с лампами высокого давления (КПД 8%), снизить на порядок единичную мощность излучения, одновременно увеличив в несколько раз срок службы УФ-излучателей и предотвратив сколь нибудь значительное образование озона. Важным параметром установки УФ-облучения является доза облучения и неразрывно связанный с ней коэффициент поглощения водой УФ-излучения. Доза облучения – это плотность энергии УФ-облучения в мДж/см2, полученной водой за время ее протекания через установку. Коэффициент поглощения учитывает ослабление УФ-излучения при прохождении толщи воды за счет эффектов поглощения и рассеяния и определяется как отношение доли поглощенного потока излучения при прохождении слоя воды толщиной 1см к его начальному значению в процентах. Величина коэффициента поглощения зависит от мутности, цветности воды, содержания в ней железа, марганца и для соответствующей принятым стандартам воды находится в диапазоне 5 – 30%/см. Выбор установки УФ- облучения должен учитывать тип инактивируемых бактерий, спор, вирусов, так как их стойкость к облучению сильно различается. Например, для инактивации (при эффективности 99,9%) бактерий группы кишечной палочки требуется 7 мДж/см2, вируса полиомиелита - 21, яиц нематоды - 92, холерного вибриона – 9. В мировой практике минимальная эффективная доза облучения варьируется от 16 до 40 мДж/см2.

 

 

Медь и цинк по СанПиН 10-124 РБ 99 относятся к тяжелым металлам с классом опасности 3 - опасные. С другой стороны, медь и цинк необходимы для метаболизма организма человека и считаются нетоксичными в обычно встречающихся в воде концентрациях. Очевидно, что как избыток, так и дефицит микроэлементов ( а к ним относится и медь и цинк ) может вызывать различные нарушения в деятельности органов человека. Медь входит составной частью в ряд ферментов, утилизирующих белки, углеводы, повышает активность инсулина, и просто необходима для синтеза гемоглобина. Цинк входит в состав ряда ферментов, обеспечивающих окислительно-восстановительные процессы и дыхание, а также необходим для выработки инсулина. Аккумуляция меди происходит, в основном, в печени и частично в почках. Превышение ее естественного содержания в этих органах примерно на два порядка приводит к некрозу клеток печени и канальцев почек. Недостаток меди в рационе питания может вызывать врожденные уродства. Суточная доза для взрослого человека составляет не менее 2мг. Недостаток цинка приводит к снижению функции половых желез и гипофиза мозга, к замедлению роста детей и анемии, снижению иммунитета. Суточная доза цинка – 10- 15мг. Избыток цинка вызывает мутагенные изменения в клетках тканей органов, повреждает клеточные мембраны. Медь в чистом виде практически не взаимодействует с водой, но на практике ее концентрация несколько увеличивается в водопроводных сетях из медных труб (аналогично увеличивается концентрация цинка в оцинкованном водопроводе). Присутствие меди в системе водоснабжения не считается опасным для здоровья, но может негативно сказываться на использовании воды в бытовых целях – увеличивать коррозию гальванизированной и стальной арматуры, придавать окраску воде и горький привкус (в концентрациях выше 5мг/л), вызывать окрашивание тканей (в концентрациях выше 1мг/л). Именно с бытовой точки зрения величина ПДК меди устанавливается равной 1,0 мг/л. Для цинка величина ПДК в питьевой воде 5,0мг/л определена с эстетических позиций с учетом представлений о привкусе, поскольку при более высоких концентрациях вода имеет вяжущий привкус и может опалесцировать.

 

 

Фтор относится к веществам с санитарно-токсикологическим показателем вредности с классом опасности 2. Этот элемент естественным образом содержится в воде в различных, как правило, невысоких концентрациях, а также в ряде продуктов питания (например, в рисе, чае) также в небольших концентрациях. Фтор – один из необходимых микроэлементов для организма человека, поскольку участвует в биохимических процессах, воздействующих на весь организм. Входя в состав костей, зубов, ногтей фтор оказывает благоприятное воздействие на их структуру. Известно, что недостаток фтора приводит к кариесу зубов, от которого страдает больше половины населения планеты. В отличие от тяжелых металлов, фтор эффективно выводится из организма, поэтому важно иметь источник его регулярного возобновления.

Содержание фтора в питьевых водах менее 0,3 мг/л позволяет говорить о его дефиците. Однако уже при концентрациях 1,5 мг/л отмечаются случаи крапчатости зубов; при 3,0÷6,0 мг/л может наблюдаться флюороз скелета, а при концентрациях выше 10 мг/л может развиться инвалидизирующий флюороз. Рекомендованный ВОЗ на основании этих данных уровень содержания фтора в питьевой воде принимается равным 1,5 мг/л. Для стран с жарким климатом или для большего потребления питьевой воды этот уровень снижен до 1,2 и даже до 0,7мг/л. Таким образом, фтор гигиенически полезен в узком диапазоне концентраций примерно от 1,0 до 1,5 мг/л. Поскольку фторирование питьевой воды централизованного водоснабжения нецелесообразно, производители бутилированной воды прибегают к наиболее рациональному улучшению ее качества, путем искусственного фторирования в гигиенически допустимых пределах. Содержание фтора в бутилированной воде в концентрации выше 1,5 мг/л должно говорить о его естественном происхождении, но такая вода может быть отнесена к лечебным и не предназначена для постоянного употребления.

 

 

В последнее время в научно-практических кругах в области водоподготовки на конференциях, симпозиумах довольно активно обсуждается вопрос об эффективности того или иного метода обеззараживания воды. Существует три наиболее распространенных метода инактивации воды - хлорирование, озонирование и ультрафиолетовое (УФ)-облучение. Каждый из этих методов имеет определенные недостатки, не позволяющие полностью отказаться от других методов обеззараживания воды в пользу какого-либо выбранного. Наиболее предпочтительным с технико-эксплуатационных, экономических и медицинских позиций мог бы выступить метод УФ-облучения, если бы не отсутствие продленного обеззараживающего действия. С другой стороны, совершенствование метода хлорирования на основе связанного хлора ( в виде диоксида, гипохлорита натрия или кальция) позволяет существенно снизить один из отрицательных побочных эффектов хлорирования, а именно – в пять-десять раз уменьшить концентрацию канцерогенных и мутагенных хлорорганических соединений. Все же остается нерешенной проблема вирусного загрязнения воды – эффективность хлора в отношении вирусов, как известно, невысокая, и даже гиперхлорирование (при всех его минусах) не в состоянии справиться с задачей полной дезинфекции обрабатываемой воды, в особенности, при высокой концентрации органических примесей в обрабатываемой воде. Вывод напрашивается сам собой – использовать принцип сочетательности методов, когда методы взаимно дополняют друг друга, в комплексе решая поставленную задачу. В рассматриваемом случае последовательное применение методов УФ-облучения и дозированный ввод в обрабатываемую воду связанного хлора наиболее эффективно отвечают основному назначению системы обеззараживания – полной инактивации объекта дезинфекционной обработки с пролонгированным последействием. Дополнительный бонус в тандеме УФ- связанный хлор – это возможность снижения мощности УФ-облучения и доз хлорирования по сравнению с используемыми при раздельном применении вышеуказанных методов, что дает дополнительный экономический эффект. Предлагаемое сочетание методов обеззараживания не является единственно возможным на сегодняшний день и работы в этом направлении обнадеживают.

 

 

Согласно принятой терминологии, названные выше свойства воды относятся к органолептическим показателям и включают запах, привкус, цветность и мутность воды.

Запах воды, в основном, связан с присутствием органических веществ (естественного или промышленного происхождения), хлора и хлорорганических соединений, сероводорода, аммиака или деятельностью бактерий (необязательно патогенных).

Неприятный привкус вызывает наибольшее количество жалоб потребителей. К веществам, влияющим на этот показатель, относятся магний, кальций, натрий, медь, железо, цинк, бикарбонаты (например, жесткость воды), хлориды и сульфаты.

Цветность воды обусловлена присутствием окрашенных органических веществ, например, гуминовых веществ, водорослей, железа, марганца, меди, алюминия (в сочетании с железом), или окрашенных промышленных загрязняющих отходов.

Мутность вызвана наличием в воде мелкодисперсных взвешенных частиц (глинистых, илистых компонентов, коллоидного железа и др.). Мутность приводит к снижению эффективности обеззараживания и стимулирует рост бактерий.

Хотя вещества, влияющие на эстетические и органолептические показатели, редко присутствуют в токсически опасных концентрациях, следует определять причину неприятных ощущений (чаще опасность представляют вещества, не определяемые органами чувств человека) и обеспечивать концентрацию веществ, вызывающих неприятные ощущения, значительно ниже порогового уровня. В качестве допустимой концентрации веществ, влияющих на эстетические и органолептические показатели, принимается концентрация в 10 (для органических веществ) и более раз ниже пороговой. По данным специалистов ВОЗ, около 5% людей могут ощущать привкус или запах некоторых веществ при концентрациях в 100 раз ниже пороговой. Однако чрезмерные усилия по полному устранению веществ, влияющих на органолептические показатели, в масштабах населенных пунктов могут оказаться неоправданно дорогостоящими и даже невозможными. В этой ситуации целесообразно использовать правильно подобранные фильтры и системы доочистки питьевой воды.

 

 

Соединения азота присутствуют в воде, в основном, поверхностных источников, в виде нитратов и нитритов и относятся к веществам с санитарно-токсикологическим показателем вредности. Согласно СанПиН 10-124 РБ99 ПДК нитратов по NO3 составляет 45мг/л (класс опасности 3), а нитритов по NO2 – 3мг/л (класс опасности 2). Избыточное содержание этих веществ в воде может вызывать кислородное голодание за счет образования метгемоглобина (форма гемоглобина, в которой железо гема окислено до Fe(III), не способного переносить кислород), а также заболевания некоторыми формами рака. Наиболее подвержены метгемоглобинемии грудные дети и новорожденные. Вопрос очистки питьевой воды от нитратов наиболее остро стоит для сельских жителей, поскольку широкое использование нитратных удобрений приводит к накоплению их в почве, а затем, как следствие, и в реках, озерах, колодцах и неглубоких скважинах.

Удалить нитраты и нитриты из питьевой воды на сегодняшний день можно двумя методами – на основе обратного осмоса и на основе ионного обмена. К сожалению, сорбционный метод (с использованием активированных углей) как наиболее доступный характеризуется низкой эффективностью.

Метод обратного осмоса обладает чрезвычайно высокой эффективностью, однако следует учитывать его дороговизну и тотальное обессоливание воды. Для приготовления воды для питьевых нужд в небольших количествах все же следует считать его наиболее подходящим способом очистки воды от нитратов, тем более что существует возможность подключения дополнительной ступени с минерализатором.

Метод ионного обмена на практике реализуется в установках с сильноосновным анионитом в Cl-форме. Процесс удаления растворенных соединений азота заключается в замещении ионов Cl- на анионообменной смоле на ионы NO3- из воды. Однако при этом в реакции обмена участвуют и анионы SO4- , HCO3-, Cl-, причем анионы сульфатов с большей эффективностью, чем анионы нитратов и емкость по нитрат-ионам оказывается невысокой. При реализации этого метода дополнительно следует учесть ограничение суммарной концентрации сульфатов, хлоридов, нитратов и бикарбонатов величиной ПДК по хлорид-ионам. Для преодоления этих недостатков разработаны и предлагаются специальные селективные анионообменные смолы, сродство которых по отношению к нитрат-ионам наиболее высокое.

 

 

Радионуклиды могут оказаться в источнике воды, используемой человеком, по причине естественного присутствия радионуклидов в земной коре, а также вследствие техногенной деятельности человека – при испытаниях ядерного оружия, недостаточной очистке сточных вод предприятий атомной энергетики и промышленности или авариях на этих предприятиях, утерях или хищениях радиоактивных материалов, добыче и переработке нефти, газа, руд и др. Учитывая реальность такого рода загрязнения вод в нормативы на питьевую воду вводятся требования по ее радиационной безопасности, а именно – общая α-радиоактивность (поток ядер гелия) не должна превышать 0,1 Бк/л, а общая β-радиоактивность (поток электронов) не выше 1,0 Бк/л ( 1Бк соответствует одному распаду в секунду).

Основной вклад в радиационное облучение человека на сегодняшний день вносит естественная радиация – до 65-70%, ионизирующие источники в медицине – больше 30%, остальная доза облучения приходится на созданные человеком источники радиоактивности – до 1,5% ( по данным А.Г. Зеленкова). В свою очередь, существенная доля в фоне естественной внешней радиации приходится на α-радиоактивный радон Rn-222. Радон представляет собой инертный радиоактивный газ, в 7,5 раза тяжелее воздуха, бесцветный, не имеющий вкуса и запаха, содержащийся в земной коре и обладающий высокой растворимостью в воде. В среду обитания человека радон попадает со строительными материалами, в виде просочившегося из недр земли на ее поверхность газа, при сжигании природного газа, а также с водой (в особенности, если она подается из артезианских скважин). В случае недостаточного воздухообмена в домах и отдельных помещениях в доме (как правило, в подвалах и нижних этажах) затрудняется рассеяние радона в атмосфере и его концентрация может превысить предельно допустимую в десятки раз. Например, в коттеджах с водоснабжением из собственной скважины радон может выделяться из воды при пользовании душем или кухонным краном, и его концентрация в кухне или ванной может в 30-40 раз превышать концентрацию в жилых помещениях. Наибольший вред от облучения наносится от радионуклидов, попадающих внутрь организма человека при вдыхании, а также с водой (не менее 5% в общей дозе радоновой радиации). При длительном поступлении радона и его продуктов в организм человека многократно возрастает риск возникновения рака легких и по вероятности этого заболевания радон стоит на втором месте в ряду причинности после курения (по данным Службы Общественного Здоровья США). В этой ситуации можно порекомендовать отстаивание воды, аэрацию, кипячение или использование угольных фильтров (эффективность> 99%), а также умягчителей на ионообменных смолах.

 

Действительно, селен и все его соединения токсичны для человека выше определенных концентраций. Согласно СанПиН 10-124 РБ99 селен относится к веществам с санитарно-токсикологическим показателем вредности с классом опасности 2. В тоже время селен играет ключевую роль в деятельности организма человека. Это биологически активный микроэлемент, входящий в состав большинства (более 30) гормонов и ферментов и обеспечивающий нормальное функционирование организма и его защитные и репродуктивные функции. Селен является единственным из микроэлементов, встраивание которого в ферменты кодируется в ДНК. Биологическая роль селена связана с его антиоксидантными свойствами (наряду с витаминами А, С и Е), обусловленными участием селена в построении, в частности, одного из важнейших антиоксидантных ферментов – глутатион-пероксидазы (от 30 до 60% всего селена в организме). Дефицит селена (ниже средней суточной потребности организма человека 160мкг) ведет к снижению защитной функции организма от свободно-радикальных окислителей, необратимо повреждающих клеточные мембраны и, как следствие, к болезням (сердечным, легочным, щитовидной железы и др.), ослаблению иммунной системы, преждевременному старению и уменьшению продолжительности жизни.

Учитывая все вышесказанное, следует придерживаться оптимального количества потребления селена суммарно с пищей (в основном) и водой. Рекомендованное специалистами ВОЗ максимальное суточное потребление селена с питьевой водой не должно превышать 10% от рекомендованного максимального суточного потребления селена с пищей 200 мкг. Таким образом, при потреблении в день 2л питьевой воды концентрация селена не должна превышать 10 мкг/л, и эта величина принята в качестве ПДК. В действительности территории многих стран относятся к селенодефицитным (Канада, США, Австралия, Германия, Франция, Китай, Финляндия, Россия и др.), а интенсивное земледелие, эрозия почвы и кислотные дожди усугубляют ситуацию, уменьшая содержание селена в почве. В результате люди все меньше потребляют этого необходимого элемента с естественной белковой и растительной пищей, и все большая потребность возникает в пищевых добавках или специальной бутилированной воде (в особенности после 45-50лет). В заключение можно отметить лидеров по содержанию селена среди продуктов: кокос (0,81 мкг), фисташки (0,45 мкг), свиное сало (0,2-0,4 мкг), чеснок (0,2-0,4 мкг), морская рыба (0,02-0,2мкг), пшеничные отруби (0,11мкг), белые грибы (0,1 мкг), яйца (0,07-0,1 мкг).

 

Для начала следует уточнить терминологию. Кремень – минеральное образование на основе оксида кремния, состоящее из кварца и халцедона с окрашивающими примесями металлов. В лечебных целях пропагандируют, по-видимому, разновидность кремнезема – диатомит, органогенного происхождения. Кремний – химический элемент, занимающий в природе второе после кислорода место по распространенности (29,5%) и образующий в природе свои основные минеральные вещества – кремнезем и силикаты. Главным источником соединений кремния в природных водах являются процессы химического растворения кремнесодержащих минералов, поступления в природные воды отмирающих растительных и микроорганизмов, а также поступления со сточными водами предприятий, использующих в производстве кремнийсодержащие вещества. В слабощелочных и нейтральных водах присутствует, как правило, в виде недиссоциированной кремнекислоты. Вследствие низкой растворимости среднее её содержание в подземных водах составляет 10 - 30 мг/л, в поверхностных – от 1 до 20 мг/л. Только в сильнощелочных водах кремнекислота мигрирует в ионной форме, в связи с чем её концентрация в щелочных водах может достигать сотен мг/л.

Если не касаться уверений некоторых ярых сторонников этого способа доочистки питьевой воды о придании воде, контактирующей с кремнем, неких сверхъестественных целебных свойств, то вопрос сводится к выяснению факта сорбции кремнем «вредных» примесей и выделении «полезных» примесей в динамическом равновесии с окружающей кремень водой. Такие исследования в действительности проводились и более того, этому вопросу посвящались научные конференции. В целом, если отвлечься от несовпадений результатов исследований разных авторов, связанных с различиями образцов (все-таки надо учитывать невоспроизводимость свойств природных минералов) и условий экспериментов, были подтверждены сорбционные качества кремня в отношении радионуклидов и ионов тяжелых металлов, связывание микобактерий на коллоидах кремния (например, по данным М.Г. Воронкова, Иркутский институт органической химии), а также факт выделения в контактную воду кремния в виде кремниевых кислот. Что касается последнего, то этот факт привлек исследователей к более пристальному изучению роли кремния как микроэлемента в деятельности органов человека, поскольку бытовало мнение о биологической бесполезности соединений кремния. Оказалось, что кремний стимулирует рост волос и ногтей, входит в состав коллагеновых волокон, нейтрализует токсичный алюминий, играет важную роль в срастании костей при переломах, необходим для поддержания эластичности артерий и играет важную роль в профилактике атеросклероза. В то же время известно, что в отношении микроэлементов (в отличие от макроэлементов) допустимы мизерные отклонения от биологически оправданных доз потребления и не следует увлекаться постоянным излишним потреблением кремния из питьевой воды в концентрациях выше предельно допустимых - 10мг/л.

 

 

Действие кислорода, растворенного в воде в виде молекул O2, сводится, в основном, к влиянию на окислительно-восстановительные реакции с участием катионов металлов (например, железа, меди, марганца), азот- и серосодержащих анионов, органических соединений. Поэтому при определении стабильности воды и ее органолептических качеств, наряду с измерением концентрации органических и неорганических веществ, водородного показателя pH, важно знать и концентрацию кислорода (в мг/л) в этой воде.

Вода подземных источников, как правило, чрезвычайно обеднена кислородом, и поглощение кислорода воздуха в процессе ее добычи и транспортировки в водораспределительных сетях сопровождается нарушением исходного анионно-катионного баланса, приводящего, например, к выпадению в осадок железа, изменению pH воды, образованию комплексных ионов. С подобными явлениями часто приходится сталкиваться производителям минеральной и питьевой бутилированной воды, добываемой с больших глубин. В воде поверхностных источников содержание кислорода сильно варьируется в зависимости от концентрации различных органических и неорганических веществ, а также присутствия микроорганизмов. Баланс кислорода определяется равновесием процессов, приводящих к поступлению кислорода в воду, и его потреблению. Увеличению содержания кислорода в воде способствуют процессы поглощения кислорода из атмосферы, выделение кислорода водной растительностью в процессе фотосинтеза, подпитка поверхностных источников насыщенными кислородом дождевыми и талыми водами. Скорость этого процесса повышается с понижением температуры, с повышением давления и понижением минерализации. В подземных источниках небольшое содержание кислорода может быть вызвано вертикальной тепловой конвекцией. Уменьшают же концентрацию кислорода в воде поверхностных источников процессы химического окисления веществ (нитритов, метана, аммония, гумусовых веществ, органических и неорганических отходов в сточных водах антропогенного происхождения), биологического (дыхание организмов) и биохимического потребления (дыхание бактерий, расход кислорода при разложении органических веществ). Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры и количества бактерий. Количественная характеристика химического потребления кислорода основана на понятии окисляемости - количестве кислорода в мг, израсходованного на окисление органических и неорганических веществ, содержащихся в 1л воды (т.н. перманганатная окисляемость для слабозагрязненных вод, и бихроматная окисляемость (или ХПК- химическое потребление кислорода). Биохимическое потребление кислорода (БПК, мг/л) рассматривают в качестве меры загрязнения воды и определяют как разность содержания кислорода в воде до и после ее выдерживания в темноте в течение 5 суток при 20оС. Практически чистой считается вода с БПК не выше 30мг/л.

Хотя специалисты ВОЗ не приводят количественной характеристики кислорода в питьевой воде, тем не менее они рекомендуют «… поддерживать максимально близкие к уровню насыщения концентрации растворенного кислорода, что в свою очередь требует, чтобы концентрации биологически окисляющихся веществ… были по возможности более низкими». С технической точки зрения насыщенная кислородом вода проявляет коррозионноактивные свойства к металлу и бетону, что нежелательно. Компромиссным считается степень насыщения (относительное содержание кислорода в процентах к его равновесному содержанию) 75% (или в эквиваленте от 7 летом до 11 зимой мг О2/л).

 

В рекомендациях ВОЗ значение водородного показателя находится в еще более узких пределах 6,5-8,5, но это обусловлено определенными соображениями. Водородный показатель представляет собой величину, характеризующую концентрацию ионов водорода H+ (гидроксония H3O+) в воде или в водных растворах. Поскольку эта величина, выраженная в г-ионах на литр водного раствора, чрезвычайно мала, принято определять ее как отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов и обозначать символом pH. В чистой воде (или нейтральном растворе) при 250С водородный показатель равен 7 и отражает равенство ионов H+ и OH- (гидроксильная группа) как составных частей молекулы воды. В водных растворах в зависимости от соотношения H+/OH- водородный показатель может изменяться в пределах от 1 до 14. При величине pH меньше 7 концентрация ионов водорода превышает концентрацию ионов гидроксила и вода имеет кислую реакцию; при pH больше 7 имеет место обратное соотношение между H+ и OH- и вода имеет щелочную реакцию. Наличие различных примесей в воде влияет на величину pH, обусловливая скорости и направления химических реакций.

В природных водах на величину водородного показателя существенным образом влияет соотношение концентраций диоксида углерода CO2, угольной кислоты, карбонатных и гидрокарбонатных ионов. Наличие в воде гумусовых (почвенных) кислот, угольной кислоты, фульвокислот (и других органических кислот в результате разложения органических веществ) понижает водородный показатель до значений 3,0 – 6,5. Содержащие бикарбонаты кальция и магния подземные воды характеризуются величиной pH, близкой к нейтральной. Заметное присутствие в воде карбонатов и бикарбонатов натрия повышает водородный показатель до значений 8,5-9,5. Величина pH воды рек, озер, подземных вод обычно находится в пределах 6,5-8,5, атмосферных осадков 4,6-6,1, болот 5,5-6,0, морских вод 7,9-8,3, а желудочного сока – 1,6-1,8! Технологические требования к воде для производства водки предусматривают величину pH < 7,8, для производства пива – 6,0-6,5, безалкогольных напитков – 3,0-6,0. Поэтому в рекомендациях ВОЗ фактором ограничения pH служит не влияние этого показателя на здоровье человека, а технические аспекты использования воды с кислой или щелочной реакцией. При pH < 7 вода может вызывать коррозию металлических труб и бетона, и тем сильнее, чем ниже pH. При pH > 8 снижается эффективность процесса обеззараживания хлором и создаются условия для выпадения в осадок солей жесткости. В результате специалисты ВОЗ приходят к выводу, что «в отсутствие системы водораспределения допустимый диапазон значений pH может быть более широким», чем рекомендованный 6,5-8,5. Следует заметить, что при определении диапазона pH не принимались во внимание заболевания желудочно-кишечного тракта человека.

 

 

В общем случае стабильной называют воду, не вызывающую коррозии металлических и бетонных поверхностей и не выделяющую на эти поверхности осадков карбоната кальция. Определяется стабильность как разность между водородным показателем рН раствора и его равновесным значением рНS (индекс Ланжелье): если водородный показатель оказывается меньше равновесного, вода становится коррозионно-активной, если больше равновесного – выпадают в осадок карбонаты кальция и магния. В природных водах стабильность воды определяется соотношением между диоксидом углерода, щелочностью и карбонатной жесткостью воды, температурой, давлением углекислого газа в окружающем воздухе. При этом процессы установления равновесия протекают самопроизвольно и сопровождаются либо выпадением в осадок карбонатов, либо их растворением. Соотношение между диоксидом углерода, гидрокарбонатными и карбонатными ионами (производные угольной кислоты) в значительной мере определяется величиной рН. При рН ниже 4.5 из всех компонентов карбонатного равновесия в воде присутствует только диоксид углерода CO2, при рН=8,3 практически вся угольная кислота присутствует в виде гидрокарбонатных ионов, а при рН 12 в воде находятся только карбонатные ионы.

При использовании воды в коммунальном хозяйстве, в промышленности чрезвычайно важно учитывать фактор стабильности. Для поддержания стабильности воды регулируют водородный показатель, щелочность или карбонатную жесткость. Если вода оказывается коррозионно-активной (например, при обессоливании, умягчении), то перед подачей в линию потребления ее следует обогатить карбонатами кальция или провести подщелачивание; если, напротив, вода склонна к выделению карбонатных осадков, требуется их удаление или подкисление воды.

Для стабилизационной обработки воды используются такие физические методы, как магнитная и радиочастотная обработка воды, препятствующая выпадению солей жесткости на поверхностях теплообменников, внутренних поверхностях трубопроводов. Химическая обработка заключается во введении с помощью дозаторов специальных реагентов на основе фосфатных соединений, препятствующих осаждению на нагретых поверхностях солей жесткости за счет их связывания, коррекции pH дозацией кислот или пропусканием воды через гранулированные материалы типа доломита (Corosex, Calcite, жженый доломит), дозацией различных комплексонов на основе производных фосфоновой кислоты, ингибирующих процессы кристаллизации карбонатов солей жесткости и коррозии углеродистых сталей.

Для получения заданных параметров и концентраций примесей воды применяют кондиционирование воды. Кондиционирование воды осуществляется комплексом оборудования очистки воды, ее стабилизации и дозирования необходимых веществ, например, кислот для уменьшения щелочности, фтора, йода, минеральных солей (например, коррекция содержания кальция при производстве пива).

 

Алюминий – один из самых распространенных элементов в земной коре – его содержание составляет 8,8% от массы земной коры. Чистый алюминий легко окисляется, покрываясь защитной оксидной пленкой и образует сотни минералов (алюмосиликаты, бокситы, алуниты и др.) и алюминийорганические соединения, частичное растворение которых природной водой и обусловливает присутствие алюминия в подземных и поверхностных водах в ионной, коллоидной форме и в виде взвесей. Этот металл нашел применение в авиации, электротехнике, пищевой и легкой промышленности, металлургии и др. Стоки и атмосферные выбросы промышленных предприятий, использование соединений алюминия в качестве коагулянтов в муниципальной водоподготовке повышают его естественное содержание в воде. Концентрация алюминия в поверхностных водах составляет 0,001 – 0,1 мг/дм3, а при низких значениях pH может достигать нескольких граммов на дм3.

С технической стороны, превышение концентрации 0,1 мг/дм3 может вызывать изменение окраски воды, в особенности, в присутствии железа, а при уровнях содержания выше 0,2 мг/дм3 могут выпадать хлопья гидрохлорида алюминия. Поэтому в качестве ПДК специалисты ВОЗ рекомендуют значение 0,2 мг/дм3.

Соединения алюминия при поступлении в организм здорового человека практически не оказывают токсичное действие из-за низкой всасываемости, хотя использование содержащей соединения алюминия воды для почечного диализа вызывает неврологические нарушения у получающих лечение больных. Некоторые специалисты в результате исследований приходят к выводу о токсичности ионов алюминия для человека, проявляющейся во влиянии на обмен веществ, функционирование нервной системы, размножение и рост клеток, вывод кальция из организма. С другой стороны, алюминий повышает активность ферментов, способствует ускорению заживления кожи.

В организм человека алюминий попадает, в основном, с растительной пищей; на долю воды приходится менее 10 % от общего количества поступившего алюминия. Несколько процентов от общего поступления алюминия обеспечивают другие источники – атмосферный воздух, лекарства, алюминиевая посуда и тара и др. Академик Вернадский считал, что все естественные элементы, входящие в состав земной коры, в той или иной степени должны присутствовать в организме человека. Поскольку алюминий относится к микроэлементам, его суточное потребление должно быть небольшим и находиться в узких пределах допустимого. По оценкам экспертов ВОЗ суточное потребление может достигать 60 – 90 мг, хотя реальное обычно не превышает 30 -50 мг.

СанПиН 10-124 РБ99 относит алюминий к веществам с санитарно-токсикологическим показателем вредности с классом опасности 2 и ограничивает предельно допустимую концентрацию величиной 0,5 мг/дм3.

 

 

При использовании некоторых поверхностных или подземных источников водоснабжения в воде может присутствовать неприятный запах, вызывающий отказ потребителей от использования такой воды и жалобы в органы санэпидемнадзора. Появление затхлого запаха в воде может иметь разные причины и природу возникновения. Разлагающиеся мертвые растения и белковые соединения могут придавать воде поверхностного источника гнилостный, травяной и даже рыбный запах. Сточные воды промышленных предприятий – нефтеперерабатывающих заводов, комбинатов по производству минеральных удобрений, пищевых комбинатов, химических и металлургических заводов, городская канализация могут обусловливать появление запахов химических соединений (фенолы, амины), сероводорода. Иногда запах возникает в самой системе водораспределения, имеющей в конструкции тупиковые ветви, накопительные емкости (что создает возможность застаивания), и вызван деятельностью плесневых грибков или сернистых бактерий. Чаще всего, запах связан с присутствием в воде сероводорода H2S (характерный запах тухлых яиц) или (и) аммония NH4.

В подземных водах сероводород в заметных концентрациях обязан дефициту кислорода, а в поверхностных водах, как правило, обнаруживается в придонных слоях, где затруднена аэрация и перемешивание водных масс. Восстановительные процессы бактериального разложения и биохимического окисления органических веществ вызывают рост концентрации сероводорода. Сероводород в природных водах находится в виде молекулярного H2S, ионов гидросульфида HS- и реже - ионов сульфида S2-, не имеющих запаха. Соотношение между концентрациями этих форм определяется значениями рН воды: сульфид – ион в заметной концентрации можно обнаружить при рН > 10; при рН<7 содержание H2S преобладает, а при рН=4 сероводород почти полностью находится в виде H2S. Аэрация в сочетании с коррекцией рН позволяет полностью избавиться от сероводорода при промышленном производстве бутилированной воды из подземных источников; в быту можно использовать угольные фильтры. Хотя специалисты ВОЗ не устанавливают рекомендуемой величины по причине легкого обнаружения даже следовых концентраций, следует считать ПДК сероводорода равной нулю.

Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды (до 2-7 мг/ дм3), поверхностный сток с сельскохозяйственных полей при использовании аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности (до 1 мг/дм3). В незагрязненных поверхностных водах образование ионов аммония связано с процессами биохимического разложения белковых веществ. ПДК (с санитарно-токсикологическим показателем вредности) в воде водоемов хозяйственно - питьевого и культурно-бытового водопользования не должна превышать 2 мг/дм3 по азоту.

 

 

Кобальт – химический элемент, тяжелый металл серебристо-белого цвета с красноватым оттенком. Кобальт - биологически активный элемент, входящий в состав витамина B12, постоянно присутствующий во всех живых организмах – растениях и животных. Как любой микроэлемент, кобальт полезен и безопасен в узком диапазоне суточных доз 0,1 – 0,2 мг при постоянном поступлении в организм человека суммарно с пищей и водой. В повышенных концентрациях кобальт токсичен. Поэтому важно знать и контролировать его содержание в питьевой воде.

Недостаток кобальта вызывает малокровие, нарушение функций центральной нервной системы, снижение аппетита. Угнетающее воздействие кобальта на дыхание клеток злокачественных опухолей подавляет их размножение. Кроме того, этот элемент способствует повышению противомикробных свойств пенициллина в 2-4 раза.

В природные воды соединения кобальта попадают в результате процессов выщелачивания их из медноколчедановых и других руд, из почв при разложении организмов и растений, а также со сточными водами металлургических, металлообрабатывающих и химических заводов. Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями, в том числе с органическими веществами природных вод. Соединения двухвалентного кобальта наиболее характерны для поверхностных вод. В присутствии окислителей возможно существование в заметных концентрациях трехвалентного кобальта. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах его содержание колеблется от десятых до тысячных долей миллиграмма в 1 дм3, среднее содержание в морской воде - 0,5 мкг/дм3.

Наибольшая концентрация кобальта обнаружена в таких продуктах, как говядина и телячья печень, виноград, редис, салат, шпинат, свежий огурец, черная смородина, клюква, лук.

Согласно СанПиН 10-124 РБ99 кобальт относится к токсичным тяжелым металлам с санитарно-токсикологическим показателем вредности с классом опасности 2 и предельно допустимой концентрацией 0,1 мг/дм3.