Версия для печати Версия для печати

Типы загрязнений воды и методы очистки (часть 1) продолжение

В ПОСЛЕДНЕЕ ВРЕМЯ ВСЕ ЧАЩЕ ГОВОРЯТ О ПОЛЬЗЕ СЕЛЕНА И ДАЖЕ ВЫПУСКАЮТ ПИТЬЕВУЮ ВОДУ С СЕЛЕНОМ; В ТОЖЕ ВРЕМЯ ИЗВЕСТНО, ЧТО СЕЛЕН ЯДОВИТ. ХОТЕЛОСЬ БЫ ЗНАТЬ, КАК ОПРЕДЕЛИТЬ НОРМУ ЕГО ПОТРЕБЛЕНИЯ?
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).

СУЩЕСТВУЕТ ДЕШЕВЫЙ «НАРОДНЫЙ» СПОСОБ УЛУЧШИТЬ КАЧЕСТВО ВОДЫ НАСТАИВАНИЕМ ЕЕ НА КРЕМНЕ. ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЛИ ЭТОТ СПОСОБ ТАК ЭФФЕКТИВЕН?
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 микробактерий 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.

НУЖЕН ЛИ КИСЛОРОД В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ?
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 ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ПО САНИТАРНЫМ НОРМАМ ДОЛЖЕН БЫТЬ ОТ 6 ДО 9, А В НЕКОТОРЫХ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКАХ БЫВАЕТ 3-4. КАКОВА РОЛЬ ЭТОГО ПОКАЗАТЕЛЯ И НЕ ВРЕДНО ЛИ ПИТЬ НАПИТКИ С ТАКИМ НИЗКИМ ЗНАЧЕНИЕМ ВОДОРОДНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ?
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 25000С 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.

к.т.н. Барасьев С. В.

академик Белорусской инженерной академии