Минерализация воды в природе

Минерализация воды

У термина «Минерализация» имеются и другие значения

Общая минерализация – показатель количества содержащихся в воде растворенных веществ (неорганические соли, органические вещества). Так же этот показатель называют содержанием твердых веществ или общим солесодержанием. Растворенные газы при вычислении общей минерализации не учитываются.

За рубежом минерализацию так же называют «общим количеством растворенных частиц» – Total Dissolved Solids (TDS).

Наибольший вклад в общую минерализацию воды вносят распространенные неорганические соли (бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия), а также небольшое количество органических веществ.

• слабоминерализованные (1-2 г/л),
• малой минерализации (2-5 г/л),
• средней минерализации (5-15 г/л),
• высокой минерализации (15-30 г/л) ,
• рассольные минеральные воды (35-150 г/л)
• крепкорассольные воды (150 г/л и выше).

На минерализацию вод влияют как природные факторы, так и воздействие человека. Природная минерализация зависит от геологии района происхождения вод. Различный уровень растворимости минералов природной среды оказывает серьезное влияние на итоговую минерализацию воды.

Качество питьевой воды регулируется в России рядом стандартов, а именно:

ВОЗ не вводит ограничений на общую минерализацию воды. Но вода при минерализации более 1000-1200 мг/л может менять свой вкус и вызывать тем самым нарекания. Поэтому ВОЗ по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации питьевой воды в 1000 мг/л, хотя уровень и может изменятся в зависимости от сложившихся привычек или местных условий.

• ↑ http://www.labor.promzone.ru/stat_i/cto_takoe_mi.htm
• ↑ http://prom-water.ru/base/basewater/paramkachestvo/common/common_mineral/

.
.

Смотреть что такое “Минерализация воды” в других словарях

У термина «Минерализация» имеются и другие значения.

Общая минерализация — 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.

За рубежом минерализацию также называют «общим количеством растворенных частиц» — Total Dissolved Solids (TDS).

Классификация

На минерализацию вод влияют как природные факторы, так и воздействие человека. Природная минерализация зависит от геологии района происхождения вод. Различный уровень растворимости минералов природной среды оказывает серьёзное влияние на итоговую минерализацию воды.

Питьевая вода

ВОЗ не вводит ограничений на общую минерализацию воды. Но вода при минерализации более 1000—1200 мг/л может менять свой вкус и вызывать тем самым нарекания. Поэтому ВОЗ по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации питьевой воды в 1000 мг/л, хотя уровень и может изменяться в зависимости от сложившихся привычек или местных условий.

Смотреть что такое “Минерализация” в других словарях

Общая минерализация воды (или «общее солесодержание») — это сумма всех растворенных веществ, которые распадаются на заряженные частицы — ионы. Благодаря им раствор проводит электрический ток.

Обычно уровень минерализации измеряют в мг/л или миллионных долях — parts per million (ppm). По сути, это одно и то же.

Классификация воды по уровню минерализации

Сразу заметим, что единой классификации нет. Значения сильно различаются в зависимости от региона и индивидуальных привычек: если всю жизнь прожить в солончаках, то организм адаптируется к высокому уровню минералов и мягкая вода будет казаться «какой-то пресной» 🙂

Дело вкусаПо-итальянски «вода» — “acqua”, а “dolce” — «сладкий». Между тем, если их соединить вместе (“acqua dolce”), переводиться это будет как «пресная вода»!

Условное разделение выглядит так: вода с содержанием электролитов выше 1000 мг/л (например, минеральная) — высокоминерализованная, а до 1000 мг/л (например, дождевая или ледниковая) — низкоминерализованная.

Оптимальным для питья и готовки можно считать уровень минерализации до 100 мг/л. Правда, в спортзале или горячем цеху оптимальным будет совсем другой уровень, значительно более высокий, от 1500 мг/л, потому что при физических нагрузках человек «обессоливается».

Но подсолить воду — не проблема. А вот избавиться от лишних минералов не так-то просто. Между тем, высокие концентрации солей искажают вкус блюд и напитков.

Норма для питьевой воды

По рекомендациям ВОЗ минерализация питьевой воды не должна превышать 1000 мг/л. То есть вариант для среднестатистического человека на каждый день — это вода низкой минерализации. Для воды, которая используется в лечебно-профилактических целях, предусмотрен отдельный ГОСТ.

Как определить минерализацию?

Точно ее уровень определяется только в лаборатории. А приблизительное значение можно получить и дома с помощью TDS-метра — специального прибора, который измеряет электропроводность воды.

Однако на электропроводность влияет не только концентрация солей, но и другие факторы — например, температура. В бытовых условиях прибор позволяет измерить солесодержание, но выдает просто суммарное значение и не показывает, какие именно ионы у вас в воде.

Вопреки распространенному мифу, судить о чистоте воды по таким измерениям нельзя: если в ней присутствуют вредные вещества, которые не распадаются на ионы и не проводят электрический ток, TDS-метр их не покажет. При этом вода будет совершенно не пригодна к употреблению.

Содержащиеся в грунтах и породах минералы имеют разный состав и разную растворимость, поэтому минерализация природных вод варьируется в широких диапазонах.

Отходы с промышленных предприятий и вымываемые с полей удобрения, в том числе соли токсичных веществ, участвуют в круговороте воды и «перемещаются» между воздухом, почвой и водоемами.

Влияние на здоровье человека

Наибольший риск для организма представляют:

• Нитриты, нитраты (кислородное голодание)
• Соли тяжелых металлов (поражение нервной и сердечно-сосудистой систем, почек и печени)
• Соли аммония (сами по себе угрозы не несут, но их наличие говорит о бактериальном заражении воды)

Конечно, не все соли опасны для человека. Например, в повышение уровня минерализации также «вкладываются» сульфаты, хлориды и железо — это нетоксичные (так называемые. органолептические) примеси. Здоровье они не портят, но влияют на цвет и вкусовые качества воды — которая в идеале должна быть бесцветной и безвкусной.

Моющие средства плохо пенятся, а бытовая техника постоянно обрастает известковыми отложениями и выходит из строя. К тому же, в жесткой воде волосы становятся ломкими, а кожа страдает от раздражений. Эти проблемы решаются специальными умягчающими системами.

Зарегистрируйте ваш фильтр и мы напомним, когда нужно его заменить

Профессиональный монтаж и установка наших фильтров

Связаться со службой поддержки

Под качество природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производиться оценка качества воды.

Любое знакомство со свойствами воды начинается с определения органолептических показателей, т.е. таких, для определения которых мы пользуемся нашими органами чувств (зрением, обонянием, вкусом).

Органолептическая оценка приносит много прямой и косвенной информации о составе воды. К таким характеристикам относятся: цветность, мутность (прозрачность), запах, вкус, привкус.

Мутность и прозрачность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения.

Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутсвует), слабая опалесценция (Прим.1) , опалесценция, слабомутная, мутная или сильно мутная. В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0-40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕФМ). Пределы измерений – 40-400 ЕФМ.

Когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их определение затруднительно, пользуются показателем “прозрачность”.

Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах (табл.1)

Таблица 1. Характеристика вод по прозрачности

ПрозрачностьЕдиница измерения, см

МаломутнаяОт 25 до 30

Средней мутностиОт 20 до 25

МутнаяОт 10 до 20

Мутность не только отрицательно влиет на внешний вид воды. Главным отрицательным следствием высокой мутноти является то, что она защищает микроорганизмы при  ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий. Поэому во всех случаях, когда производится дезинфекция воды, мутность должна быть минимальной для обеспечения высокой эффективности этой процедуры. В соответсвии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды мутность не должна превышать 1,5 мг/л по каолину.

По характеру запахи делятся на две группы:

• естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.);
• искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод).

Интенсивность запаха оценивают по шестибальной шкале (табл.2)

Таблица 2. Характеристика вод по интенсивности запаха

Интенсивность запаха, баллыХарактеристикаОписательные определения

0Запаха нетОтсутствие ощутимого запаха

1Очень слабыйЗапах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый опытным исследователем

2СлабыйЗапах, не привлекающий внимания потребителя, но обнаруживаемый им, если указать на него

3ЗаметныйЗапах, легко обнаруживаемый и могущий дать повод относиться к воде с неодобрением

4ОтчетливыйЗапах, обращающий на себя внимание и делающий воду неприятной для питья

5Очень сильныйЗапах, сильный настолько, что делает воду непригодной для питья

Таблица 3. Запахи естественного происхождения

Обозначение запахаХарактер запахаПримерный род запаха

ДДревесныйЗапах морской щепы, древесной коры

ЗЗемлистыйПрелый, запах свежевспаханной земли, глинистый

РРыбныйЗапах рыбьего жира, рыбы

ССероводородныйЗапах тухлых яиц

ТТравянистыйЗапах скошенной травы, сена

ННеопределенныйЗапахи естественного происхождения, не подходящие под предыдущие определения

Запахи второй группы (искуственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

Вкус и привкус

Интенсивность вкуса и привкуса определяется также по 6-балльной шкале (табл.4)

Таблица 4. Характеристика вод по интенсивности вкуса

Оценка вкуса и привкуса, баллыИнтенсивность вкуса и привкусаХарактер проявления вкуса и привкуса

0НетВкус и привкус не ощущается

1Очень слабаяВкус и привкус сразу ощущается потребителем, но обнаруживаются при тщательном тестировании

2СлабаяВкус и привкус замечаются, если обратить на это внимание

3ЗаметнаяВкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воду

4ОтчетливаяВкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья

5Очень сильнаяВкус и привкус настолько сильны, что делают воду непригодной к употреблению

Для питьевой воды допускаються значения показателй вкуса и привкуса не более 2 баллов.

Различают 4 вид вкусов:

• соленый
• горький
• сладкий
• кислый

Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чащу всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния,  кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д.

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутсвием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов (табл.5)

Таблица 5. Характеристика вод по цветности

ЦветностьЕдиницы измерения, градус платино-кобальтовой шкалы

Очень малаяДо 25

МалаяБолее 25 до 50

СредняяБолее 50 до 80

ВысокаяБолее 80 до 120

Взвешенные твердые примеси, присуствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспедированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды.

Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами, в основном, условным диаметром более 10 (в -4 степени) мм.

Водородный показатель (рН)

Величина рН воды – один из важнейших показателей качества вод для определения тсабильности воды, ее накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. В зависимости от рН воду рационально делить на семь групп (табл.6)

Таблица 6. Классификация вод по рН

КислаяБолее 3,0 до 5,0

СлабокислаяБолее 5,0 до 6,5

НейтральнаяБолее 6,5 до 7,5

СлабощелочнаяБолее 7,5 до 8,5

ЩелочнаяБолее 8,5 до 9,5

От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность многих организмов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина рН  воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В соответсвии с  требованиями к составу и свойствам питьевой воды, величина рН не должна выходить за пределы интервала значений 6,0-9,0. Контроль уровня рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его “уход”  в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий.

Минерализация – суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьируется от 30 до 1500 мкСм/см. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/л до сотен г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10-120 мкСм/см.

Таблица 7. Характеритика вод по минерализации

Группа водыЕдиница измерения, г/л

СолоноватыеБолее 1 до 25

СоленыеБолее 25 до 50

Предел пресных вод – 1 г/л – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.

Предел – граница между солоноватыми и солеными водами – принят на том основании, что при минерализации около 25 г/л температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды.

Граница 50 г/л между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; Такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

Таблица 8. Характеристика вод по общей минерализации (наиболее распространеннная градация)

Наименование водыОбщая минерализация, г/л

ПреснаяБолее 0,1 до 1,0

СлабопреснаяБолее 1,0 до 3,0

СоленаяБолее 3,0 до 10,0

СильносоленаяБолее 10,0 до 50,0

РассолБолее 50,0 до 300,0

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать 1000 мг/л. Вода содержащая большое количество солей, отрицательно влияет на растения и человека, вызывает образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв. Регулярное употребление высокоминерализированной воды приведет к болезням пищеварения, обмена веществ, повышеной сухости кожи.

Жесткость воды обуславливается наличием в воде ионов кальция, магния, стронция, бария, железа, марганца. Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая – наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.

По стандарту ИСО 6107-1-8: 1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовать пену мылом. Содержание в питьевой воде кальция и магния играет важнейшую роль для человеческого организма. Недостаточность кальция в организме негативно сказывается на функии сердечной мышцы и на активности некоторых ферментов. А недостаток содержания кальция в крови ведет к понижению возбуждаемости нервной системы и, как следствие, к возникновению судорог. Кальций необходим для формирования костных тканей, в том числе зубов. Соли магния тоже необходимы человеку, поскульку входят в ряд жизненно важных ферментов. Дефицит магния проводит к коронарной болезни сердца; с другой стороны, повышенное содержание магния угнетающе действуют на нервную систему, поражая двигательные нервные окончания.

По значению общей жесткости природные воды делят на группы (табл.9)

Таблица 9.  Классификация воды по жесткости

Группа водыЕдиница измерения, ммоль/л

МягкаяБолее 1,5 до 4,0

Средней жесткостиБолее 4 до 8

ЖесткаяБолее 8 до 12

В естественных условиях ионы кальция и магния определяющие жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и других процессов растворенияи химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах. Обычно преобладает жесткость, обусловленая ионами кальция (до 70%); однако в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%. Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки ммоль/л). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего – в период половодья.

Росстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на кубический метр (моль/м3). Один моль на кубический метр соответствует массовой концентрации эквивалентов ионов кальция 20,04 г/м3 (мг/л) или ионов магния 12,153 г/м3 (мг/л). Т.е., 1 моль/м3 = 1 ммоль/л = 1 мг-экв/л – 1 мг-экв/дм3 . В зарубежных странах широко используются такие единицы жесткости, как немецкий градус (do, dH), французский градус (fo), американский градус (ppm CaCO³).

Основные единицы жесткости воды и их соотношение:

Моль/м3 (мг-экв/л)Немецкий градус, doФранцузский градус,foАнглийский градусАмериканский градусgpg (grain per gallon,или грэйн/галлон)Ppm (мг/л) CaCO3

Повышенная жесткость воды негативно отражается на здоровье человека. В быту появление накипи приводит к уменьшению срока слыжбы водонагревателей, ухудшаются моющие свойства мыла и стиральных порошков, из-за горьковатого привкуса ухудшаются вкусовые свойства воды.

Порог вкуса для иона кальция лежит в диапазоне 2-6 ммоль/л, в зависимости от соответствующего аниона. Порог вкуса для магния и того ниже, наилучшие вкусовые свойства имеет вода с жсткостью 1,6-3,0 ммоль/л.

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) не регламентирует величину жесткости по показаниям влияния на здоровье. В материалах ВОЗ говориться о том, что несмотря на выявленную статистическим путем зависимость между жесткостью питьевой воды и сердечно-сосудистыми заболеваниями, этих данных недостаточно для вывода о причинном характере этой связи. Однозначно не доказано и то, что мягкая вода оказывает отрицательный эффект на баланс минеральных веществ в организме человека.

Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями, т.е. в результате физико-химических и биохимических процессов.  Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды*, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 0 до 14 мг/л и подвержено значительным сезонным суточным колебаниям. В зимний и летний периоды количество кислорода в воде различается. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ. ПДК растворенного в воде кислорода для рыбохозяйственных водоемов – 6 мг/л (для ценных пород рыбы) и 4 мг/л (для остальных пород рыбы).

Скорость потребления кислорода увеличивается с повышением температуры, количества организмов и веществ, подвергающихся химическому и биохимическому окислению.

Концентрация кислорода в воде определяет направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Понижение содержания кислорода до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыбы в водоемах. Неблагоприятно сказывается на состоянии водных объектов и чрезмерное насыщение воды кислородом в результате процессов фотосинтеза, если это происходит в водоемах с застойной водой.

Содержание кислорода в водоемах с различной степенью загрязненности:

Таблица 10. Уровень загрязнения воды и класс качества

Очень чистые, I
лето, мг/л
зима, мг/л
% насыщения

Умеренно загрязненные, III
8
12-11
80

Очень грязные, VI
3-2
5-1
30

*Турбулизация приводит к нарушению поверхностного натяжения воды. При этом разрывается поверхностная пленка и облегчается выход газов из воды. Благодаря турбулентному движению происходит перемешивание частиц воды и непрерывное обновление поверхности соприкосновения воды с паром. Это ускоряет выход газа из воды и переход его в пар. Турбулизация движения воды создается потоком пара, пересекающим струи воды.

Вопросы контроля качества воды внесли в понятие биогенных элементов широкий смысл: к ним относят соединения (точнее, компоненты воды), которые, во-первых, являются продуктами жизнедеятельности различных организмов; во-вторых, являются “строительным материалом” для живых организмов. В первую очередь к ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, органические и неорганические аммонийные соединения), фосфора (ортофосфаты, полифосфаты, органические эфиры фосфорной кислоты и др.).

Соединение серы интересны в этой связи,в меньшей степени, так как сульфаты уже расматривали в аспекте компонента минерального состава воды, а сульфиды и гидросульфиты, если приутствуют в природных водах, то в очень малых концентрациях и могут быть обнаружены по запаху.

Нитраты являются солями азотной кислоты. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоема в результате распространения фекальных либо химических загрязнений (сельскохозяйственных, промышленных). Согласно СанПин 2.1.4.1074-01 для питьевой воды ПДК нитратов составляет 45 мг/л. Питьвая вода  и продукты питания, содержание повышенное количество нитратов, могут вызывать заболевания, в первую очередь у младенцев (так называемая метгемоглобинемия), а также  людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Допустимое суточное потребление по рекомендациям ВОЗ – 5 мг/кг массы. В этом случае особенно опасны грунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями. Вместе с тем, растения не так чувствительны к увеличению содержания в воде азота, как фосфора.

Фосфаты и общий фосфор

Фосфор является необходимым элементом для жизни, однако его избыток приводит к ускорению эвтрофикации водоемов**. Большие количества форсфора могу попадать в водоемы в результате естесственных и антропогенных процессов – поверхностной эрозии почв, неправильного или избыточного применения минеральных удобрений и др.

ПДК полифосфатов в воде водоемов составляет 3,5 мг/л в пересчете на фосфат-ион РО4-3 , лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

БПК – показатель качества воды, характеризующий суммарное содержание в воде органических веществ. Природными источниками органических веществ являются разрушающиеся останки организмов растительного и животного происхождения, как живших в воде, так и попавших в водоем  с листвы, по воздуху, с берегов и т.п. Кроме природных, существуют также техногенные источники органических веществ.

В естественных условиях находящиеся в воде органические вещества разрушаются бактериями с образованием двуокиси углерода. При этом на окисление потребляется растворенный в воде кислород. Таким образом, в процессе биохимического окисления органических веществ в воде происходит уменьшение концентрации кислорода, и эта убыль косвенно является мерой содержания в воде органических веществ.

Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток – БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водоемах находится в пределах 0,5-4,0 мг/л.

Таблица 11. Характеристика вод по БПК5

Степень загрязнения (класс чистоты)
БПК5, мг  О2/дм3

Очень грязная
Более 10,0

Особенностью биохимического окисления органических веществ в воде является сопутствующий ему процесс нитрификации (окисление азотосодержащих соединений нитрофицирующими бактериями), искажающий характер потребления кислорода.

Норматив на БПК для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования – 3 мг/л, для водоемов культурно-бытового водопользования – 6 мг/л.

Катионы аммония являются продуктом микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Образовавшийся таким образом аммоний вновь вовлекается в процесс синтеза белков. По этой причине аммоний и его соединения в небольших концентрациях обычно присутствуют в природных водоемах.

Аммонийные соединения в больших количествах входят в состав минеральных и органических удобрений, кроме того, аммонийные соединения в значительных количествах присутсвуют в нечистотах (фекалиях). По этим причинам повышенное содержание аммонийного азота в поверхностных водах обячно является признаком хозяйственно-фекальных загрязнений.

ПДК аммиака и ионов аммония в воде водоемов составляет 2,6 мг/л. Согласно СанПин 2.1.45.1074-01 ПДК аммония в питьевой воде составляет 2,0 мг/л. По данным ВОЗ, сожержание аммония не должно превышать 0,5 мг/л. Постоянный прием внутрь воды с повышенным содержанием аммония вызывает хронический ацидоз и изменения в тканях.

Нитритами называются соли азотистой кислоты. Нитрит-анионы являются промежуточными продуктами биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитраты, нитриты, как правило, отсутствуют в поверхностных водах. ПДК нитритов (по NO2-) в воде водоемов составляет 3,3 мг/л, для питьевой воды – 2,0 мг/л.

Фтор в виде фторидов может содержаться в природных и грунтовых водах. Избыток фтора в организме вызывают разрушение зубной эмали, осаждает кальций, что приводит к нарушениям кальциевого и фосфорного обмена. По этим причинам определение фтора в питьевой воде, а также грунтовых водах (например, воде колодцев и артезианских скважин) и воде водоемов хозяйственно-питевого назначения, является очень важным. ПДК фтора в питьевой воде для разных климатических районов составляет от 0,7 до 1,5 мг/л.

Железо – один из самых распространенных элементов в природе. Его содержание в земной коре составляет около 4,7 % по массе, поэтому железо, с точки зрения его распространенности в природе, принято называть макроэлементом.

В природной воде железо содержится в виде соединений, в которых железо может быть двух- или трехвалентным. В свою очередь, соединения железа могут образовывать истинные или коллоидные растворы. На воздухе двухвалентное железо быстро окисляется до трехвалентного, растворы которого имеют бурую окраску.

Таким образом, поскольку соединения железа в воде могут существовать в различных формах, точные результаты могут быть получены только при определении суммарного железа во всех его формах, так называемого “общего железа”, хотя иногда возникает необходимость определить железо в его индивидуальных формах.

Двухвалентное железо (Fe2+)  почти всегда находится в воде в растворенном состоянии, хотя возможны случаи при определенных уровнях рН, когда гидроксид железа (II) выпадает в осадок. Реакция окисления (Fe2+) ⇔  (Fe3+) широко распространена в природе. Трехвалентное железо (Fe3+)  – гидроксид железа (III), Fe(OH)3  – нерастворим в воде. Органическое железо встречается в воде в разных формах и в составе разных комплексов. Органические соединения железа, как правило, растворимы или имеют коллоидную структуру и очень трудно поддаются удалению.

Железобактерии встречаются практически везде. Их “визитной карточкой” можно считать ржавую слизь, покрывающие трубу водопровода.

Некоторые виды бактерий (например, Gallionella ferruginea, вид  стебельчатых, лентоподобных бактерий) “питаюся” растворенным железом в процессе своей жизнедеятельности. При этом происходит преобразование двухвалентного железа в трехвалентное, которое сохраняется в желеобразной оболочке вокруг бактерии, при отмирании железобактерии откладываются в вышеупомянутой слизи.

Коллоидное железо – это нерастворимые, невидимые глазу частицы размером менее 1 микрона. Из-за малогог размера их очень сложно удалить фильтрованием с помощью гранулированных фильтрующих материалов. Крупные органические молекулы (такие как танины и лигнины) также попадают в эту категорию. Коллоидные частицы из-за своего малого размера и высокого поверхностного заряда, отталкивающего частицы друг от друга и препятсвующие их укрупнению, создают в воде суспензии, которые не выпадают в осадок, а находятся во взвешенном состояни. Коллоидное железо характерно для поверхностных вод (коллоиды Fe(OH)3 ).

Некоторые органические молекулы способны связывать железо в сложные растворимые комплексы, называемые хелатами. Так, прекрасными хелатообразующими агентами являются фульво- и гуминовые кислоты, играющие важную роль в почвенном ионообмене.

Основной формой железа в поверхностных водах являются комплексные соединения трехвалентных ионов железа с растворенными неорганическими и органическими соединениями, главным образом с солями гуминовых кислот – гуматами. В болотных водах, где много гумусовых веществ, всегда много железа. При рН = 8,0 основной формой железа в воде является гидроксид железа Fe(OH)3, находящаяся во взвешенной коллоидной форме. В подземных водах железо присутсвует в основном в растворенном двухвалентном виде. Трехвалентное железо при определенных условиях также может присутсвовать в воде в растворенном виде как в форме неорганических солей (например, сульфатов), так и в составе растворимых органических комплексов.

Согласно СанПин 2.1.4.1074-01 содержание железа не должно превышать 0,3 мг/л (а по нормам Европейского сообщества даже 0,2 мг/л). При уровне установленного ВОЗ переносимого суточного потребления (ПСП) железа, равном 0,8 мг/кг массы тела человека, безопасное для здоровья суммарное содержание железа в воде составляет 2 мг/л. Избыток железа, в первую очередь, оказывает токсичное влияние на печень, селезенку, головной мозг; может усиливать протекание воспалительных процессов.

Дефицит железа в организме приводит к анемии, патологиям сердечной мышцы и скелетных мышц, а также может быть причиной снижения иммунитета. Железо незаменимо в процессах кроветворения и внутриклеточного обмена.

Понятие “Тяжелые металлы” не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы.  В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.

Н.Ф.Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см3, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно “тяжелым” отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть и свинец.

Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму.

Есть и другие классификации. Тяжелые металлы по характеру биологического воздействия можно подразделить на токсиканты и микроэлементы, имеющие принципиально различный характер влияния на живые организмы. Токсиканты оказывают отрицательное воздействие на организмы при любой концентрации, в то время как микроэлементы имеют область недостаточности, вызывющей отрицательный эффект, и область необходимых для жизни концентраций, при превышении которых снова возникает отрицательный эффект. Типичными токсикантами являются: кадмий, свинец, ртуть; микроэлементами – марганец, медь, кобальт.

Медь. Является микроэлементом, содержится в организме человека, главным образом,в виде комплексных органических соединений и играет важную роль в процессах кроветворения.  Отравления соединениями меди могут приводить к расстройствам нервной системы, нарушению функций печени, почек и д.т. ПДК меди в  воде водоемов хозяйственно-питьевого или культурно-бытового назначения составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – органолептический.

Цинк. Является микроэлементом и входит в состав некоторых ферментов. Отрицательное воздействие соединений цинка может выражаться в ослаблении организма, повышенной заболеваемости, астмоподобных явлениях и др. ПДК цинка в воде водоемов составляет 1,0 мг/л, лимитирующий показатель вредности – общесанитарный.

Кадмий. Соединения кадмия очень ядовиты. Действуют на многие системы организма – органы дыхания и желудочно-кишечный тракт, центральную и периферическую нервные системы. ПДК кадмия в воде водоемов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Ртуть. Относится к ультрамикроэлементам и постоянно присутствует в организме, поступая с пищей. Соединения ртути вызывают глубокие нарушения функцийцентральной нервной системы (ЦНС), сердца, сосудов, нарушение иммунной системы орагнизма и другие. ПДК ртути в воде водоемов составляет 0,0005 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Свинец. Соединения свинца – яды, действующие на все живое, но вызывающие изменения особенно в нервной системе, крови и сосудов. Органические соединения свинца (тетраметилсвинец, тетраэтилсвинец) – сильные нервные язы, являются активными ингибиторами обменных процессов. Для всех соединений свинца характерно кумулятивное действие. ПДК свинца в воде водоемов составляет 0,03 мг/л, лимитирующий показатель вредности – санитарно-токсикологический.

Спектр органических примесей очень широк:

Группа растворенных примесей:

• гуминовые кислоты и их слои;
• гуматы натрия, калия аммония;
• некоторые примеси промышленного происхождения;
• часть аминокислот и белков;

Группа нерастворенных примесей:

• фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли;
• гуматы кальция, магния и железа;
• жиры различного происхождения;
• частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оченивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из самых сильных окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко).

Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO-2, но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, т.е. “органики” в решающей степени больше.

В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, т.е.органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов. Практически их нет совсем. К тому же неорганческие примеси могут определяться непосредственно индивидуально.

Для природных малозагрезненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

Окисляемость перманганатная определяется мгО/л, если учитывается масса ионов кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление “органики”, или мг KMnO4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление “органики”.

Таблица 12. Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Величина окисляемости
Единица измерения, мг О/л

Малая
более 4 до 8

Средняя
более 8 до 12

Высокая
более 12 до 20

Очень высокая
более 20

Интегральные показатели качества воды – индексы качества

Каждый из показателей качества воды в отдельности хотя и несет информацию о качестве воды, все же не может служить мерой качества воды, т.к. не позволяет судить о значениях других показателей. Вместе с тем, результатом оценки качества воды должны быть некоторые интегральные показатели, которые охватывали бы основные показатели качества воды (либо те из них, по которым зафиксированно неблагополучие).

Гидрохимический индекс загрязнения воды

В простейшем случае, при наличии результатов по нескольким оцениваемым показателям, может быть рассчитана сумма приведенных концентраций компонентов, т.е. отношение их фактических концентраций к ПДК.

Сумма приведенных концентраций может рассчитываться только для химических веществ с одинаковыми лимитирующим показателем вредности – огранолептическим и санитарно-токсикологическим.

При наличии результатов анализов по достаточному количеству показателей можно определять классы качества воды, которые являются интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод. Классы качества определяются по индексу загрязнения воды (ИЗВ).

Значение ИЗВ рассчитываются  для каждого пункта отбора проб (створа). Далее по таблице, в зависимости от значения ИЗВ, определяют класс качества воды.

Таблица 13. Характеристики интегральной оценки качесвта воды

ИЗВ
Класс качества воды
Оценка качества (характеристика) воды

Менее и равно 0,2 
I
Очень чистые

Более 1-2
III
Умеренно грязные

Более 6-10
VI
Очень грязные

Свяше 10
VII
Чрезвычайно грязные

В число 7 основных, так называемых “лимитируемых” показателей, при расчете ИЗВ в обязательном порядке входят концентрация растворенного кислорода и значение БПК5, а также значения еще четырех показателей, являющихся для данного водоема (воды) наиболее не благополучными или имеющих наибольшие приведенные концентрации.

Для рассчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей вредностью).

Задачи интегральной оценки качества воды практически совпадают с задачами гидрохимического мониторинга, т.к. для окончательного вывода о классе качества воды необъодимы результаты анализов по целому ряду показателей в течение продолжительного периода.

Уровень загрязненности и класс качества водных объктов иногда устанавливают в зависимости от микробиологических показателей.

Таблица 14. Оценка качесвта вод по микробиологическим показателям

Класс чистоты 
Характеристика класса чистоты воды

Общее число бактерий, 106 клеток

Число сапрофитных бактерий, 1000 клеток/мл
Отношение общего числа бактерий к числу сапрофитных бактерий

I
Очень чистая
Менее 0,5
Менее 0,5
До 1000

II
Очень чистая
От 0,5 до 1,0
От 0,5 до 5,0
Более 1000

III
Умеренно загрязненная
Более 1,0 до 3,1
Более 5,0 до 10,0
От 1000 до 100

IV
Умеренно загрязненная
Более 3,1 до 5,0
Более 10,0 до 50,0
Менее 100

V
Грязная
Более 5,0 до 10,0
Более 50,0 до 1000
Менее 100

VI
Очень грязная
Более 10,0
Более 1000
Менее 100

** Эвтрофикация (др.-греч. εὐτροφία — хорошее питание) — насыщение водоёмов биогенными элементами, сопровождающееся ростом биологической продуктивности водных бассейнов.