В питьевом водоснабжении населения в настоящее время все большее значение начинают приобретать подземные источники. На них основано водное хозяйство более 25 % городов мира, в том числе и многих крупных. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения, нуждается в специальной водоподготовке, так как во многих случаях трудности возникают не столько из-за недостаточного объёма воды, сколько из-за её низкого потребительского качества. Качество подземных вод на большей части территории Российской Федерации соответствует требованиям к питьевым водам. Вместе с тем на территории страны распространены различные гидрогеохимические провинции, где наблюдается природное несоответствие качества подземных вод нормируемым показателям питьевых вод.
Водородный показатель (рН)
Водородный показатель, pH — это мера активности ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность.
В зависимости от уровня рН воды, можно разделить на несколько групп:
− сильнокислые воды < 3
− кислые воды 3–5
− слабокислые воды 5–6.5
− нейтральные воды 6.5–7.5
− слабощелочные воды 7.5–8.5
− щелочные воды 8.5–9.5
− сильнощелочные воды > 9.5.
Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он не влияет на потребительские качества воды. При высоких уровнях (рН>11) вода приобретает мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Низкий pH<4 тоже может вызывать неприятные ощущения. Влияет pH и на жизнь водных организмов. Для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9 единиц.
Общая минерализация (сухой остаток).
Общая минерализация — это показатель количества содержащихся в воде растворенных веществ (неорганические соли, органические вещества). Также этот показатель называют содержанием твердых веществ или общим солесодержанием. Растворенные газы при вычислении общей минерализации не учитываются.
Уровень солесодержания в питьевой воде обусловлен качеством воды в природных источниках. Многие минеральные воды используются в медицине для профилактики и лечения заболеваний систем и органов
Общая жёсткость.
Жёсткость воды — это совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»). Для численного выражения жёсткости воды указывают концентрацию в ней катионов Ca и Mg. Рекомендованная единица СИ для измерения концентрации — моль на кубический метр (моль/м³), однако, на практике для измерения жёсткости используются градусы жёсткости и миллиграмм-эквиваленты на литр (мг-экв/л).
Высокая жесткость воды ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая негативное воздействие на органы пищеварения. Именно жесткость вызывает образование накипи в чайниках и других устройствах кипячения воды.
Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ).
СПАВ относятся к обширной группе веществ, понижающих поверхностное натяжение воды. Они входят в состав синтетических моющих средств (СМС), широко применяемых в быту и промышленности. Вместе со сточными водами СПАВ попадают в поверхностные воды. СМС содержат полифосфаты натрия, в которых растворены детергенты, а также ряд добавочных ингредиентов, токсичных для водных организмов: ароматизирующие вещества, отбеливающие реагенты (персульфаты), кальцинированная сода, карбоксиметил-целлюлоза, силикаты натрия.
СПАВ оказывают негативное влияние на кожный покров человека. Эти соединения вызывают зуд, раздражение кожи головы, выпадение волос. Синтетически поверхностно-активные вещества, проникая в организм, накапливаются в сердце, головном мозге, печени, подкожно-жировой клетчатке и продолжают свое негативное действие длительное время.
Тяжёлые металлы.
Термин «тяжёлые металлы» (ТМ), характеризующий широкую группу загрязняющих веществ, получил в последнее время значительное распространение.
В работах, посвящённых проблемам загрязнения окружающей природной среды, на сегодняшний день относят более 40 металлов периодической системы Д. И. Менделеева с атомной массой свыше 40–50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др.
Для гидробиоценозов наиболее опасны ртуть, свинец и кадмий.
При воздействии ртути на организм человека возникают нарушения работы центральной нервной системы, мочеполовой системы, развиваются воспалительные заболевания пищеварительной системы; нарушение зрения и слуха.
Свинец — типичный рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почве, природных водах, атмосфере, живых организмах. Наконец, свинец активно рассеивается в окружающую среду в процессе хозяйственной деятельности человека. Воздействие повышенных концентраций свинца приводит к изменению репродуктивной, нервной, сердечно-сосудистой, иммунной и эндокринной систем.
Кадмий широко используется в производстве никель-кадмиевых аккумуляторов, а также содержится в сигаретном дыме. Хроническое отравление кадмием приводит к риску возникновения различных патологических состояний: кардиомиопатии, артериальной гипертензии, иммунодефициту, аденоме предстательной железы; поражениям печени, анемии, нарушению функции почек, остеопорозу; деформации скелета; онкологических заболеваний.
Нитраты.
Нитраты поступают в воду через промышленные и сельскохозяйственные стоки. Как правило, нитраты в естественном виде проникают в грунтовые воды с полей и оттуда попадают в неглубокие скважины, реки, озера или колодцы. Наибольшие концентрации нитратов обнаруживаются в поверхностных и приповерхностных подземных водах, наименьшие — в глубоких скважинах. Очень важно проверять на содержание нитратов воду из колодцев, родников, водопроводную воду, особенно в районах с развитым сельским хозяйством.
Нитраты попадают в организм человека с некачественной питьевой водой, которая загрязнена продуктами распада органических веществ или содержанием азотнокислых солей. Особенная опасность попадания вредных веществ в воду связана с близостью сельскохозяйственных полей, с которых смываются удобрения, попадая в ближайшее водохранилище.
Накопление нитратов и нитритов в кишечнике способствует, образованию канцерогенных соединений нитрозаминного типа. Такое накопление опасных соединений в организме может привести к образованию злокачественных опухолей.
Марганец.
Значительное место среди загрязняющих воду металлов занимает марганец, превышение допустимого содержания которого делает воду родников не только не пригодной для употребления, но и опасной для здоровья. Российские санитарные нормы ограничивают уровень предельно-допустимого содержания марганца в воде хозяйственно-питьевого назначения до 0,1 мг/л.
Повышенное содержание марганца ухудшает органолептические свойства воды, и что самое опасное, негативно влияет на здоровье человека.
Отрицательное влияние марганца в первую очередь сказывается на функционировании центральной нервной системы. Его избыточное накопление проявляется в виде постоянной сонливости, ухудшении памяти, повышенной утомляемости. Марганец является политропным ядом, который оказывает вредное воздействие на работу легких, сердечнососудистой системы, вызывает аллергический и мутагенный эффекты.
Доза, приводящая к отравлению марганцем, составляет 40 мг в день.
Натрий.
Натрий является одним из главных компонентов химического состава природных вод, определяющих их тип.
Основным источником поступления натрия в поверхностные воды суши являются изверженные и осадочные породы и самородные растворимые хлористые, сернокислые и углекислые соли натрия. Большое значение имеют и биологические процессы, в результате которых образуются растворимые соединения натрия. Кроме того, натрий поступает в природные воды с хозяйственно-бытовыми и промышленными сточными водами и с водами с орошаемых полей.
В поверхностных водах натрий мигрирует преимущественно в растворенном состоянии. Концентрация его в речных водах колеблется от 0,6 до 300 мг/3 в зависимости от физико-географических условий и геологических особенностей водных объектов. В подземных водах концентрация натрия колеблется в широких пределах — от миллиграммов до десятков граммов в 1 литре. Это определяется глубиной залегания подземных вод и другими условиями гидрогеологической обстановки.
ПДК натрия составляет 200 мг/дм3.
Обычно соли натрия не обладают острой токсичностью, поскольку органы мочевыделительной системы эффективно выводят натрий. Чрезмерное употребление солей натрия может спровоцировать серьезные заболевания сердечно-сосудистой, мочевыделительной систем, задержку воды в тканях.
Серьезный риск возникновения хронической сердечной недостаточности, сопровождающейся застойными явлениями, может быть результатом избыточного потребления соли.
Калий.
Один из наиболее часто встречающихся в составе воды химических элементов — калий. В находящиеся в поверхностных слоях почвы воды, калий поступает из геологических пород (слюды, полевого шпата) и растворимых солей. Также причиной образования растворимых соединений калия в природных водах служат процессы выветривания и прочих биологических процессов. Насыщение природных вод калием происходит еще по причине попадания сточных вод, промышленного и бытового происхождения, водой, сбрасываемой с орошаемых сельскохозяйственных полей и сельскохозяйственными стоками.
Концентрация соединений калия в речных водах чаще всего не выше 18 мг/л, колебание концентрации в подземных водах возможно в диапазоне от миллиграммов до десятков граммов в 1 литре воды. Факторами, оказывающими существенное влияние на концентрацию калиевых соединений, являются: состав подземных пород, глубина залегания подземных водоносных слоёв и ещё множество гидрогеологических факторов.
Избыток калия происходит к нарушению основных функций сердца: уменьшается возбудимость сердечной мышцы, ритм сердечных сокращений замедляется, ухудшается его проводимость, ослабляются силы сердечных сокращений. Кроме того, в больших количествах ионы калия могут вызвать остановку сердца. Токсическая доза калия составляет 6 грамм. Летальной дозой является доза в 14 грамм.
Температура воды.
Температура очень важна для поддержания высокого качества воды. От нее зависят многие физические, химические и биологические свойства воды. Температура определяет:
− количество кислорода, которое может раствориться в воде (в холодной воде может содержаться больше кислорода, чем в теплой, потому что газы легче растворяются в холодной воде);
− фотосинтетическую деятельность водорослей и растений-макрофитов;
− скорость метаболических процессов у водных организмов;
− чувствительность организмов к ядовитым отходам, паразитам и болезням.
Температура воздуха.
Температура воздуха обычно больше, чем температура на поверхности воды, потому что на поверхности происходит испарение и вода охлаждается.
На температуру поверхности воды также влияет и температура окружающего воздуха.
Если температура воздуха отличается от температуры воды, происходит теплообмен между водой и воздухом за счёт теплопередачи и конвекции.
Конвекция в воздухе также определяется числом Рэлея. Там оно меньше на один-два порядка, потому что вязкость и температуропроводность больше у воздуха, чем у воды.
Необходимо подчеркнуть, что в настоящее время в России не применяется (т. к. не разработан) какой-либо единый комплексный интегральный показатель, предназначенный для категорирования (ранжирования) по качеству грунтовых вод, включая родниковые. Поэтому вопрос применения различных подходов к оценке качества родниковых вод, в том числе и с применением нетрадиционных для экологии методов, является достаточно актуальным.
Литература:
- Буймова С. А. Комплексная оценка качества родниковых вод на примере Ивановской области / С. А. Буймова, А. Г. Бубнов; под ред. А. Г. Бубнова; Иван. гос. хим.-технол. ун-т. — Иваново, 2012. — 463 с. ISBN 978–5-9616–0446–7/
