Химический состав питьевой воды: как определить и улучшить

Буквенно-цифровое обозначение Н₂О всем известно еще со школьных уроков химии. Это не что иное, как вода или оксид водорода. Также ни для кого не секрет, что человеческий организм примерно на 70 % состоит из жидкости. А значит, вполне логичным является предположение, что она необходима нам для полноценного развития и жизни. Более того, нехватка воды грозит обезвоживанием, резким ухудшением здоровья, в тяжелых случаях – летальным исходом.

Однако химический состав питьевой воды не ограничивается такими элементами, как кислород и водород. О том, что еще в него входит, каким он должен быть, чтобы соответствовать нормам СанПиНа и ГОСТа, и как его улучшить, вы узнаете из нашей статьи.

Химический состав питьевой воды и другие важные показатели

Для химического состава чистой питьевой воды характерно наличие в ней различных элементов и веществ в количестве, не превышающем показатели, закрепленные в нормативных документах. Однако следует иметь в виду, что установленные СанПиНом предельные концентрации являются достаточно условными.

Это обусловлено тем, ряд химических элементов со схожими отрицательными свойствами (например, несколько разновидностей тяжелых металлов) оказывает более негативное воздействие на здоровье человека, усиливая действие друг друга. Поэтому если анализ показывает присутствие в жидкости нескольких аналогичных элементов, влияние каждого из них рассчитывается отдельно. И уже в зависимости от полученного результата решается вопрос, необходима ли дополнительная очистка воды либо ее можно использовать.

Предельно допустимые значения различных элементов в химическом составе питьевой воды, установленные нормативными документами, приведены в таблице:

Наравне с указанными показателями на качество воды влияет и ряд иных значений, выявляемых в процессе анализа. Они имеют не меньшее значение, чем химический состав питьевой воды, и также сказываются на ее чистоте и возможности использовать для питья.

• pH – уровень кислотности, показывающий, насколько активны ионы водорода в жидкости. Кислотно-щелочной баланс питьевой в норме может варьироваться от 6 до 9, но оптимальным показателем считается pH равный 7-8.
• Жесткость воды – ее значение показывает количественное содержание в жидкости солей кальция и магния. По утверждениям медиков, вода с их повышенной концентрацией представляет опасность для здоровья человека, поскольку зачастую является причиной мочекаменных заболеваний.

Мягкая же жидкость, в которой содержится слишком малое количество этих элементов, грозит их дефицитом в организме, вызывая риск сердечно-сосудистых нарушений. Лучшей считается вода средней жесткости, количество солей в которой составляет от 4 до 8 ммоль на литр жидкости.

• Не менее важными показателями являются содержание железа, для химического состава питьевой воды в норме оно должно быть не более 0,3 мг на литр, а также содержание хлора свободного, максимальная концентрация которого не должна превышать 0,5 мг на литр. При взаимодействии этого вещества с иными, содержащимися в жидкости, элементами образуются соединения, которые в большинстве своем являются канцерогенными.

Нормы качества питьевой воды по химическому составу по СанПиН и ГОСТ

Проводя ежегодный анализ химического состава питьевой воды на соответствие норме, а также иным экологическим показателям, Министерство экологии России составляет рейтинг городов нашей страны, которые могут похвастаться лучшей жидкостью. К примеру, в 2017 году лидирующие позиции принадлежали Москве, Омску, Горно-Алтайску, Воронежу, Краснодару, Перми. Водой плохого качества отличились Нефтеюганск, Ставрополь, Керчь, Петрозаводск. Йошкар-Ола и Саранск были признаны городами России, в которых лучшее качество жидкости в 2018 году.

Тем не менее в плане чистоты и качества водного ресурса на международном уровне Россия не вошла в десятку лучших стран, верхние позиции рейтинга принадлежат Швейцарии, Швеции, Норвегии, Финляндии, Коста-Рике, Австралии, Новой Зеландии, Латвии, Франции и пр. В роли критериев оценки выступали органолептические, химические, микробиологические качества воды, имеющие существенное значение для установления параметров нормы.

На международном уровне нормативные стандарты качества воды регулируются:

• принятым в Женеве Руководством «Guidelines for Drinking Water Quality»;
• едиными санитарно-эпидемиологическими и гигиеническими требованиями к подконтрольным товарам, принятыми Комиссией Таможенного союза.

В нашей стране питьевая вода также оценивается в зависимости от ее органолептических свойств (запаха, мутности, вкуса и т. п.), химического состава (жесткости, окисляемости, щелочности и т. п.), вирусо-бактериологических и радиологических характеристик.

Например, нормальное значение воды по такому параметру, как запах, оцениваемому при температуре + 20 °С и + 60 °С, не должно быть выше 2 баллов. При измерении используется шестибальная шкала, в которой значениям 1 и 2 соответствуют слабые проявления того или иного свойства жидкости, а показателям 5 и 6 – сильное (резкое). Что касается прочих значений, то в соответствии с СанПиНом «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», установлены предельные параметры:

• цветность – до +20 °С (возможно повышение до +35 °С для определенных систем водоснабжения на основании постановления главного санитарного врача РФ);
• мутность – до 1,5 мг на литр и до 2,6 ЕМФ (значения каолина и формазина соответственно);
• привкус – не более 2 баллов.

Нормативные показатели радиационной безопасности (Бк/л) являются следующими:

• общая альфа-радиоактивность – 0,1;
• общая бета-радиоактивность – 1.

Что касается норм качества жидкости, установленных СанПиНом и ГОСТом, химический состав питьевой воды должен соответствовать требованиям, перечисленным в этих нормативных документах (таблицы 2 и 3 СанПиНа «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества»).

При этом следует иметь в виду, что к указанным таблицам имеются примечания, в соответствии с которыми:

Таблица 3 (СанПиН):

Что касается примечаний к данной таблице, то:

Химические элементы, обладающие схожими свойствами, воздействуя на организм человека, взаимно усиливают отрицательные качества друг друга. Поэтому если анализ показывает присутствие в жидкости нескольких аналогичных веществ, влияние каждого из них рассчитывается отдельно. И уже в зависимости от полученного результата решается вопрос, необходима ли дополнительная очистка воды либо ее можно использовать.

Например, если в результате анализа химического состава питьевой воды установлено содержание в ней нескольких веществ, относящихся к первому и второму классам опасности, то в сумме отношение фактической концентрации каждого из них (в приведенной формуле обозначено как «С факт.») к его предельно допустимым значениям (в формуле – «С доп.») не должно быть более единицы:

Как определить химический состав питьевой воды

Химический состав питьевой воды и ее качество проверяются в специальных лабораториях, использующих общие методики анализа, применимые для различных областей деятельности человека. Перечень этих способов достаточно широк, поэтому остановимся на наиболее известных из них.

• Органолептические методы. Характеристики питьевой воды (цвет, запах, мутность и т. п.) определяются с помощью органов чувств. Так, для определения цветности жидкости она наливается в прозрачную стеклянную емкость, а для оценки берется лист белой бумаги. Если, глядя на бумагу через сосуд, ее цвет будет отличным от белого, то вода считается загрязненной.

Такой показатель, как прозрачность, определяют за счет видимости печатного шрифта сквозь дно специальной стеклянной колбы. Если 3 см воды не позволяют разглядеть шрифт, то говорят о недостаточной прозрачности исследуемой жидкости. Что касается запаха, то его интенсивность оценивается сотрудниками лаборатории по бальной системе, исходя из собственных ощущений.

• Гравиметрия (весовой анализ). Важный метод количественного химического анализа, в основе которого лежит точное измерение массы вещества. Для этого необходимо выделить необходимый элемент как малорастворимое соединение известного постоянного химического состава. При помощи гравиметрии оценивают такие показатели химического состава питьевой воды, как общая минерализация, концентрация сульфатов и т. п.
• Нефелометрия и турбидиметрия. При помощи этих методов количественного химического анализа определяют мутность, цветность жидкости, содержание в ней взвешенных частиц. В основе самой методики лежит измерение интенсивности света, который рассеивается и проходит сквозь пробу воды.
• Капиллярный электрофорез. В основе данной методики исследования химического состава питьевой воды лежит разделение составных частей жидкости в кварцевом капилляре за счет воздействия приложенного электрического поля. В результате элементы, имеющие различную массу, через разные отрезки времени притягиваются к стенкам капилляра. Полученные данные фиксируются специальным детектором. На основании этих сведений делают выводы о содержании в воде катионов и анионов, пестицидов и других экотоксикантов.
• Хроматография. В процессе анализа зона вещества перемещается в потоке подвижной фазы вдоль пласта сорбента, при этом выполняется многократное повторение сорбционных и десорбционных актов. В результате происходит распределение разделяемых веществ между подвижной и неподвижной фазами. С помощью этой методики анализируют содержащиеся в воде органические примеси.
• Потенциометрия. Этот метод, в основе которого лежит измерение электродвижущих сил (ЭДС) обратимых гальванических элементов, помогает в определении кислотно-щелочного уровня воды (pH), содержания в ней фторид-ионов.
• Титриметрия. Методика заключается в измерении количества реагента, который необходим, чтобы началось взаимодействие с определяемым компонентом в растворе или газовой фазе в связи со стехиометрией химической реакции, возникающей между ними.
• Спектрофотометрия. Еще один метод количественного химического анализа, в основе которого лежит измерение спектров поглощения электромагнитного излучения в оптической области. С его помощью можно установить наличие в воде различных посторонних элементов, таких как ионы тяжелых металлов, аммонийные соединения и т. п.

Для проведения анализа используется специальное оборудование, прошедшее поверку и внесенное в Государственный реестр средств измерений. В лабораториях для исследования химического состава питьевой воды пользуются:

• аналитическими весами;
• хроматографами;
• иономерами;
• термореакторами;
• турбидиметрами;
• спектрофотометрами;
• фотоколориметрами;
• системами капиллярного электрофореза;
• анализаторами влажности;
• автоматическими титраторами;
• термостатами и пр.

Каждый метод химического анализа включает в себя различные специальные методики, которые предназначаются непосредственно для работы с водой, а в ряде случаев и с использованием определенного оборудования.

Как улучшить химический состав питьевой воды

Привести химический состав питьевой воды к норме можно и в домашних условиях. Остановимся чуть подробнее на наиболее широко распространенных методах очистки:

• Отстаивание.

Самым простым способом очистки жидкости является ее отстаивание. Этот метод позволяет удалить из водопроводной воды хлор (хотя эффективность не будет достигать 100 %). Несмотря на то, что при помощи этого химического элемента вода обеззараживается (губителен для бактерий), сам по себе он опасен для здоровья человека.

Метод заключается в наполнении водой емкости и отстаивании ее на протяжении шести-семи часов (закрывать сосуд не нужно). За это время из жидкости испарятся летучие газы (аммиак и хлор) и образуется осадок из солей тяжелых металлов. После отстаивания примерно три четверти воды необходимо аккуратно перелить в новый сосуд, оставшуюся часть вылить. Имейте в виду, что взбалтывать жидкость ни в коем случае нельзя.

• Кипячение.

Обработка таким способом предполагает кипячение воды на медленном огне в течение часа. Предварительно ее необходимо отстоять, поскольку опасность содержащегося в жидкости хлора при кипячении возрастает (это вещество обладает канцерогенными свойствами). К недостаткам кипячения относится также повышение концентрации солей тяжелых металлов. Возможно, в связи с этим по мнению врачей-кардиологов кипяченая вода оказывает негативное воздействие на сердце.

• Очистка кислотой.

В некоторых случаях улучшить качество и химический состав питьевой воды можно при помощи обогащения ее кислотой. С этой целью в кипяченой жидкости растворяют аскорбиновую кислоту (на 5 л необходимо 0,5 г кислоты) и оставляют примерно на час. Эффективность этого способа достаточна спорна, как минимум потому, что термически обработанная вода по своей природе является мертвой.

Кроме того, аскорбиновая кислота – отнюдь не натуральный витамин С, а его искусственно созданный заменитель. Синтетические витамины считаются мертвыми веществами, практически не усваиваемыми организмом.

• Очистка минералами.

Такой способ обработки питьевой воды предполагает использование кремния и шунгита. Сложно сказать, действительно ли они очищают жидкость, научными данными это не подтверждено. Но с их помощью можно обогатить воду минералами. Внимания заслуживает другое.

О полезности подобного способа очистки воды известно стало не так давно. Минский ученый А. Д. Малярчиков первым обратил внимание на прозрачность озера Светлого. Он опубликовал исследование, посвященное этому феномену и лечебным свойствам кремния.

Однако стоит отметить, что в самом озере Светлом отсутствует как флора, так и фауна. Люди, проживающие неподалеку от него, вовсе считают воду озера мертвой. Тем не менее они замечали, что жидкость способствует более быстрому заживлению ран. Ученые говорят о том, что кремний действительно обладает бактерицидными свойствами, однако при употреблении подобной воды требуется осторожность. Кроме того, она категорически противопоказана при онкологических заболеваниях и предрасположенности к ним.

И, разумеется, такая вода не может считаться панацеей от любых болезней.

С шунгитом дела обстоят аналогичным образом. Такая жидкость считается лечебной (существует даже подобный курорт). Впрочем, как и всякую другую минеральную воду, ее не стоит употреблять каждый день. По вышеуказанным причинам врачи призывают к осторожности при использовании этого минерала.

Поскольку не каждый знает о наличии у него предрасположенности к онкологии, принимать решение о необходимости использования шунгита и кремния для того, чтобы улучшить химический состав питьевой воды, не стоит самостоятельно.

• Очистка замораживанием.

У подобного способа обработки существуют многочисленные сторонники. В его основе лежит теория о более быстром замерзании чистой воды по сравнению с загрязненной. В результате образуется чистый лед и жидкость с примесями. Однако неизвестно, насколько качественным является подобный метод. Часть примесей, скорее всего, не замерзает, соответственно их можно отделить, но если говорить о тяжелых металлах, которые исчезают только при химической обработке, то для них такой способ вряд ли будет действенным.

Талая жидкость называется живой, кроме того, считается, что ее употребление способствует долголетию и крепкому здоровью. В действительности, если говорить о природной воде, получаемой при таянии ледников, то она обладает полезными свойствами, но перед этим она подвергается естественной чистке и обогащению. Жидкость же, замороженная в обычном холодильнике, будет лишь ее подобием.

• Очистка активированным углем.

В большинстве случаев активированный уголь используют как сорбент в фильтрах для обработки воды промышленного производства. Дома можно воспользоваться обычными таблетками, купленными в аптеке. Заверните несколько штук в марлю, поместите в емкость с жидкостью и оставьте на 10–12 часов. Таким способом можно избавиться от многих примесей, хлора и неприятного запаха.

• Очистка серебром.

Такой способ улучшения химического состава питьевой воды использовали на протяжении многих веков. На сегодняшний день его применяют в церквях. Серебру присущи сильные бактерицидные свойства, он является природным антибиотиком. Однако вода, поступающая в наши квартиры, предварительно обрабатывается, поэтому неизвестно, нуждается ли она в дополнительном серебрении. И имейте в виду, что такая жидкость не пригодна для постоянного употребления, поскольку для ионов серебра характерно накапливание в организме.

То есть пользоваться подобным способом можно, например, в походе, когда вы используете не водопроводную воду. Однако учтите, что ложки в таком случае будет недостаточно, более оправданным будет применение коллоидного серебра.

• Использование фильтров.

Ни один из вышеперечисленных способов не подходит для ежедневного использования. Оптимальным вариантом будет установка готового промышленного фильтра. В той или иной мере они используют приведенные методики, однако в более усовершенствованном варианте.