Качество источников водоснабжения. Полезная информация о пользе и вреде воды.

Вода поверхностных источников, как правило, относительно мягкая (3…6 мг-экв/л) и зависит от географического положения — чем южнее, тем жесткость воды выше. Жесткость подземных вод зависит от глубины и расположения горизонта водоносного слоя и годового объема осадков.
Жесткость воды из слоев известняка составляет обычно 6 мг-экв/л и выше.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 жесткость питьевой воды должна быть не выше 7,0 мг-экв/л.
Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме, и, в конечном итоге, к заболеванию суставов (артриты, полиартриты) и образованию камней в почках и желчных путях. Хотя очень мягкая вода не менее опасная, чем излишне жесткая. Самая активная — это мягкая вода. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций. У человека может развиться рахит, если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкие кости. Есть еще одно отрицательное свойство мягкой воды. Она, проходя через пищеварительный тракт, не только вымывает минеральные вещества, но и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии. Вода должна быть жесткостью 1,5-2 мг-экв/л. Использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей также нежелательно. Жесткая вода образует налет на сантехнических приборах и арматуре, образует накипные отложения в водонагревательных системах и приборах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника.
При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды значительно увеличивается расход моющих средств и мыла вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот, замедляется процесс приготовления пищи (мяса, овощей и др. ), что нежелательно в пищевой промышленности. Во многих случаях использование жесткой воды для производственных целей (для питания паровых котлов, в текстильной бумажной промышленности, на предприятиях искусственного волокна и др. ) не допускается, так как это связано с рядом нежелательных последствий.
В системах водоснабжения — жесткая вода приводит к быстрому износу водонагревательной технике (бойлеров, батарей центрального водоснабжения и др. ). Соли жесткости (гидрокарбонаты Ca и Mg), отлагаясь на внутренних стенках труб, и образуя накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах, приводят к занижению проходного сечения, уменьшают теплоотдачу. Не допускается использовать воду с высокой карбонатной жесткостью в системах оборотного водоснабжения.
Щелочность воды. Под общей щелочностью воды подразумевается сумма содержащихся в ней гидратов и анионов слабых кислот (угольной, кремниевой, фосфорной и т. д. ). В подавляющем большинстве случаев для подземных вод имеется в виду гидрокарбонатная щелочность, то есть содержание в воде гидрокарбонатов. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность. Определение щелочности (мг-экв/л) необходимо для контроля качества питьевой воды, полезно для определения воды как пригодной для полива, для расчета содержания карбонатов, для последующей очистки сточных вод.
ПДК по щелочности составляет 0,5 — 6,5 ммоль / дм3
Содержание сульфатов и хлоридов. Сульфаты и хлориды кальция и магния образуют соли некарбонатной жесткости.
Хлориды присутствуют практически во всех водах. В основном их присутствие в воде связано с вымыванием из горных пород наиболее распространенной на Земле соли — хлорида натрия (поваренной соли). Хлориды натрия содержатся в значительных количествах в воде морей, а также некоторых озер и подземных источников
ПДК хлоридов в воде питьевого качества — 300…350 мг/л (в зависимости от стандарта).
Повышенное содержание хлоридов в совокупности с присутствием в воде аммиака, нитритов и нитратов может свидетельствовать о загрязненности бытовыми сточными водами.
Сульфаты попадают в подземные воды в основном при растворении гипса, находящегося в пластах. Повышенное содержание сульфатов в воде приводит к расстройству желудочно-кишечного тракта (тривиальные названия сульфата магния и сульфата натрия (солей, обладающих слабящим эффектом) — «английская соль» и «глауберова соль» соответственно).
ПДК сульфатов в воде питьевого качества — 500 мг/л.
Содержание кремниевых кислот. Кремниевые кислоты встречаются в воде как подземных, так и поверхностных источников в различной форме (от коллоидной до ионодисперсной). Кремний отличается малой растворимостью и его в воде, как правило, не много. Попадает кремний в воду и с промышленными стоками предприятий, производящих керамику, цемент, стекольные изделия, силикатные краски.
ПДК кремния — 10 мг/л.
Воды, содержащие кремниевые кислоты, не могут быть использованы для питания котлов высокого давления, так как образуют силикатную накипь на стенках.
Фосфаты обычно присутствуют в воде в небольшом количестве, поэтому их присутствие указывает на возможность загрязнения промышленными стоками или стоками с сельскохозяйственных полей. Повышенное содержание фосфатов оказывает сильное влияние на развитие сине-зеленых водорослей, выделяющих токсины в воду при отмирании.
ПДК в питьевой воде соединений фосфора составляет 3,5 мг/л.
Фториды и йодиды. Фториды и йодиды в чем-то похожи. Оба элемента при недостатке или избытке в организме приводят к серьезным заболеваниям. Для йода это — заболевания щитовидной железы («зоб»), возникающие при суточном рационе менее 0,003 мг или более 0,01 мг. Для восполнения дефицита йода в организме возможно употребление йодированной соли, но лучший выход — это включение в рацион рыбы и морепродуктов. Особенно богата йодом морская капуста. Фториды входят в состав минералов — солей фтора. Как недостаток, так и избыток фтора могут приводить к серьезным заболеваниям. Содержание фтора в питьевой должно поддерживаться в пределах 0,7 — 1,5 мг/л (в зависимости от климатических условий)
Воды поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием фтора (0,3-0,4 мг/л). Высокие содержания фтора в поверхностных водах являются следствием сброса промышленных фторсодержащих сточных вод или контакта вод с почвами, богатыми соединениями фтора. Максимальные концентрации фтора (5-27 мг/л и более) определяют в артезианских и минеральных водах, контактирующих с фторсодержащими водовмещающими породами. При гигиенической оценке поступления фтора в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе содержится от 0,54 до 1,6 мг фтора (в среднем 0,81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше фтора, чем при употреблении питьевой воды, содержащей оптимальные его количества (1 мг/л).
Повышенное содержание фтора в воде (более 1,5 мг/л) оказывает вредное влияние на людей и животных, у населения развивается эндемический флюороз («пятнистая эмаль зубов»), рахит и малокровие. Отмечается характерное поражение зубов, нарушение процессов окостенения скелета, истощение организма. Содержание фтора в питьевой воде лимитируется. Установлено, что систематическое использование населением фторированной воды снижает и уровень заболеваний, связанных с последствиями одонтогенной инфекции (ревматизм, сердечно-сосудистая патология, заболевания почек и др. ). Недостаток фтора в воде (менее 0,5 мг/л) приводит к кариесу. При пониженном содержание фтора в питьевой воде рекомендуется пользоваться зубной пастой с добавлением фтора. Фтор — один из немногих элементов, которые лучше усваиваются организмом из воды. Оптимальная доза фтора в питьевой воде составляет 0,7…1,2 мг/л.
ПДК фтора составляет 1,5 мг/л.
Окисляемость обусловлена содержанием в воде органических веществ и отчасти может служить индикатором загрязненности источника сточными водами. Различают окисляемость перманганатную и окисляемость бихроматную (или ХПК — химическая потребность в кислороде). Перманганатная окисляемость характеризует содержание легкоокисляемой органики, бихроматная — общее содержание органических веществ в воде. По количественному значению показателей и их отношению можно косвенно судить о природе органических веществ, присутствующих в воде, о пути и эффективности технологии очистки.
По нормам СанПиН перманганатная окисляемость воды должна быть не выше 5,0 мг мг-экв/л и предельно допустимая концентрация (ПДК) 2 мг-экв/л.
Если меньше 5 мг-экв/л вода считается чистой, больше 5 грязной.
Содержание соединений железа. Железо может встречаться в природных водах в следующих видах: Истинно растворенном виде (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода) Нерастворенном виде (трехвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями) Коллоидном состоянии или тонкодисперсной взвеси (окрашенная желтовато-коричневая опалесцирующая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании)
Железоорганика — соли железа и гуминовых и фульвокислот (прозрачная желтовато-коричневая вода)
Железобактерии (коричневая слизь на водопроводных трубах)
В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/дм3. Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Очень важен анализ на содержание железа для сточных вод. Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в востановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. Много железа растворено в кислых бескислородных подземных водах.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 содержание железа общего допускается не более 0,3 мг/л.
Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), увеличивает риск инфарктов, негативно влияет на репродуктивную функцию организма. Такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства в быту. На многих промышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки продукта в процессе его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде приводит к браку продукции.
Марганец встречается в аналогичных модификациях. Марганец — химический элемент VII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Металл. Марганец активизирует ряд ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтеза, влияет на кроветворение и минеральный обмен. Недостаток марганца в почве вызывает у растений некрозы, хлорозы, пятнистости. При недостатке этого элемента в кормах животные отстают в росте и развитии, у них нарушается минеральный обмен, развивается анемия. На почвах, бедных марганцем (карбонатных и переизвесткованных), применяют марганцевые удобрения. Для человека опасен как недостаток, так и переизбыток марганца.
По нормам СанПиН 2.1.4.559-96 содержание марганца допускается не более 0,1 мг/л.
Избыток марганца вызывает окраску и вяжущий привкус, заболевание костной системы. Присутствие в воде железа и марганца может способствовать развитию в трубах и теплообменных аппаратах железистых и марганцевых бактерии, продукты жизнедеятельности которых вызывают уменьшение сечения, а иногда их полную закупорку. Содержание железа и марганца строго ограничено в воде, используемой при производстве пластмасс, текстильной, пищевой промышленности и т. п.
Повышенное содержание обоих элементов в воде вызывает потеки на сантехнике, окрашивает белье при стирке и придает воде железистый или чернильный привкус. Длительное употребление такой воды для питья вызывает отложение указанных элементов в печени и по вредности значительно обгоняет алкоголизм.
ПДК железа — 0,3 мг/л, марганца — 0,1 мг/л.
Натрий и калий попадают в подземные воды за счет растворения коренных пород. Основным источником натрия в природных водах являются залежи поваренной соли NaCl, образовавшиеся на месте древних морей. Калий встречается в водах реже, так как он лучше поглощается почвой и извлекается растениями.
Биологическая роль натрия крайне важна для большинства форм жизни на Земле, включая человека. Организм человека содержит около 100 г натрия. Ионы натрия активируют ферментативный обмен в организме человека.
ПДК натрия составляет 200 мг/л. Избыточное содержание натрия в воде и пище приводит к гипертензии и гипертонии.
Отличительная особенность калия — его способность вызывать усиленное выведение воды из организма. Поэтому пищевые рационы с повышенным содержанием элемента облегчают функционирование сердечно-сосудистой системы при ее недостаточности, обусловливают исчезновение или существенное уменьшение отеков. Дефицит калия в организме ведет к нарушению функции нервно-мышечной (парезы и параличи) и сердечно-сосудистой систем и проявляется депрессией, дискоординацией движений, мышечной гипотонией, гипорефлек-сией, судорогами, артериальной гипотонией, брадикардией, изменениями на ЭКГ, нефритами, энтеритами и др.
ПДК калия составляет 20 мг/л
Медь, цинк, кадмий, свинец, мышьяк, никель, хром и ртуть преимущественно попадают в источники водоснабжения со стоками промышленных вод. Медь и цинк могут также попадать при коррозии соответственно оцинкованных и медных водопроводных труб из-за повышенного содержания агрессивной углекислоты.
ПДК в воде согласно СанПиН меди составляет 1,0 мг/л; цинка — 5,0 мг/л; кадмия — 0,001 мг/л; свинца — 0,03 мг/л; мышьяка — 0,05 мг/л; никеля — составляет 0,1 мг/л (в странах ЕС — 0,05 мг/л), хрома Cr3+ — 0,5 мг/л, хрома Cr4+ — 0,05 мг/л; ртути — 0,0005 мг/л.
Все вышеперечисленные соединения относятся к тяжелым металлам и обладают кумулятивным действием, то есть свойством накапливаться в организме и срабатывать при превышении определенной концентрации в организме.
Кадмий — очень токсичный металл. Избыточное поступление кадмия в организм может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек, выражающееся в дисфункции почечных канальцев и клубочков с замедлением канальцевой реабсорбции, протеинурией, глюкозурией, последующими аминоацидурией, фосфатурией. Избыток кадмия вызывает и усиливает дефицит Zn и Se. Воздействие на протяжении продолжительного времени может вызывать поражение почек и легких, ослабление костей.
Симптомы кадмиевого отравления: белок в моче, поражение центральной нервной системы, острые костные боли, дисфункция половых органов. Кадмий влияет на кровяное давление, может служить причиной образования камней в почках (в почках он накапливается особенно интенсивно). Опасность представляют все химические формы кадмия
Алюминий — легкий серебристо-белый металл. Попадает в воду в первую очередь в процессе водоподготовки — в составе коагулянтов и при сбросе сточных вод переработки бокситов.
ПДК в воде солей алюминия составляет — 0,5 мг/л
Избыток алюминия в воде приводит к повреждению центральной нервной системы.
Бор и селен присутствуют в некоторых природных водах в качестве микроэлементов в весьма незначительной концентрации, однако, при их превышении возможно серьезное отравление.
Содержание газов. В воде природных источников чаще всего присутствуют следующие газы: кислород О2, диоксид углерода (углекислый газ) СО2и сероводород Н2S
Кислород находится в воде в растворенном виде. Растворенный кислород в подземных водах отсутствует, содержание в поверхностных водах соответствует парциальному давлению, зависит от температуры воды и интенсивности процессов, обогащающих или обедняющих воду кислородом и может достигать 14 мг/л
Содержание кислорода и двуокиси углерода даже в значительных количествах не ухудшает качества питьевой воды, но способствует коррозии металла. Процесс коррозии усиливается с повышением температуры воды, а также при движении ее. При значительном содержании в воде агрессивной двуокиси углерода коррозии подвергаются также стенки бетонных труб и резервуаров. В питательной воде паровых котлов среднего и высокого давления присутствие кислорода не допускается. Содержание сероводорода придает воде неприятный запах и, кроме того, вызывает коррозию металлических стенок труб, баков и котлов. В связи с этим присутствие Н2S не допускается в воде, употребляемой для хозяйственно-питьевых и для болшинства производственных нужд.
Вещества, содержащиеся в воде и их свойства, ухудшающие качество питьевой воды и вредно влияющие на организм человека.
Соединения азота. Азотосодержащие вещества (нитраты NO3-, нитриты NO2- и аммонийные соли NH4+) почти всегда присутствуют во всех водах, включая подземные, и свидетельствуют о наличии в воде органического вещества животного происхождения. Являются продуктами распада органических примесей, образуются в воде преимущественно в результате разложения мочевины и белков, поступающих в нее с бытовыми сточными водами. Рассматриваемая группа ионов находится в тесной взаимосвязи.
Первым продуктом распада является аммиак (аммонийный азот) — является показателем свежего фекального загрязнения и является продуктом распада белков. В природной воде ионы аммония окисляются бактериями Nitrosomonas и Nitrobacter до нитритов и нитратов. Нитриты являются лучшим показателем свежего фекального загрязнения воды, особенно при одновременном повышенным содержании аммиака и нитритов. Нитраты служат показателем более давнего органического фекального загрязнения воды. Недопустимо содержание нитратов вместе с аммиаком и нитратами.
По наличию, количеству и соотношению в воде азотсодержащих соединений можно судить о степени и давности заражения воды продуктами жизнедеятельности человека. Отсутствие в воде аммиака и в то же время наличие нитритов и особенно нитратов, т. е. соединений азотной кислоты, свидетельствуют о том, что загрязнение водоема произошло давно, и вода подверглась самоочищению. Наличие в воде аммиака и отсутствие нитратов указывают на недавнее загрязнение воды органическими веществами. Следовательно, в питьевой воде не должно быть аммиака, не допускаются соединения азотной кислоты (нитриты).
По нормам СанПиН ПДК в воде аммония составляет 2,0 мг/л; нитритов — 3,0 мг/л; нитратов — 45,0 мг/л.
Наличие иона аммония в концентрациях, превышающих фоновые значения, указывает на свежее загрязнение и близость источника загрязнения (коммунальные очистные сооружения, отстойники промышленных отходов, животноводческие фермы, скопления навоза, азотных удобрений, поселения и др. ).
Употребление воды с повышенным содержанием нитритов и нитратов приводит к нарушению окислительной функции крови.
Хлор появляется в питьевой воде в результате ее обеззараживания. Сущность обеззараживающего действия хлора заключается в окислении или хлорировании (замещении) молекул веществ, входящих в состав цитоплазмы клеток бактерий, отчего бактерии гибнут. Очень чувствительны к хлору возбудители брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры. Даже сильно зараженная бактериями вода в значительной мере дезинфицируется сравнительно малыми дозами хлора. Однако отдельные хлоррезистентные особи сохраняют жизнеспособность, поэтому полной стерилизации воды не происходит.
Ввиду того, что свободный хлор относится к числу вредных для здоровья веществ, гигиенические номы СанПиН строго регламентирует содержание остаточного свободного хлора в питьевой воде централизованного водоснабжения. При этом СанПиН устанавливает не только верхнюю границу допустимого содержания свободного остаточного хлора, но и минимально-допустимую границу. Дело в том, что, что несмотря на обеззараживание на станции водоочистки, готовую «товарную» питьевую воду подстерегает немало опасностей по пути к крану потребителя.