Химический состав воды и ключевые параметры ее качества для человека

Вода не должна содержать вредные для человека вещества и микроорганизмы в концентрациях, превышающих установленные нормы. Речь идет о химических загрязнителях (тяжелые металлы, нитраты, пестициды), радиоактивных элементах и патогенных бактериях и вирусах. Даже если вода кристально чиста на вид, она может нести в себе скрытую угрозу.

Эти свойства мы можем оценить с помощью наших органов чувств. Они напрямую влияют на то, насколько приятно пить такую воду.

• Вкус и запах могут быть вызваны наличием растворенных газов (сероводород), органических веществ или минеральных солей.
• Цветность свидетельствует о присутствии соединений железа, гуминовых веществ или органических загрязнений.
• Мутность связана с содержанием мелких нерастворимых частиц — глины, ила, планктона или микроскопических взвесей.

Хотя некоторые органолептические отклонения могут быть безвредными, они часто сигнализируют о проблемах с источником или системой водоподготовки.

Качество воды определяют по трем группам строгих нормативов. Каждый из них имеет научное обоснование и проверяется в лабораториях.

• Химический анализ выявляет концентрацию всех растворенных веществ — от необходимых минералов до вредных примесей.
• Микробиологические критерии подтверждают, что вода свободна от патогенов: бактерий, вирусов или простейших организмов.
• Радиологический контроль гарантирует, что активность радионуклидов, таких как радон или радий, не превышает безопасный уровень.

Эти макроэлементы являются основой минерализации и приносят огромную пользу:

• Кальций укрепляет кости, зубы и необходим для работы нервной системы.
• Магний важен для сердечной мышцы, метаболизма и борьбы со стрессом.
• Калий и натрий регулируют водно-солевой баланс и работу клеток.

Всемирная организация здравоохранения не устанавливает конкретных норм жесткости воды, касающихся здоровья. В ее публикациях отмечается, что некоторые исследования обнаружили косвенную связь между жесткой водой и снижением риска сердечно-сосудистых заболеваний, однако этих данных пока недостаточно для подтверждения причинно-следственной связи. Не существует и убедительных доказательств того, что мягкая вода нарушает минеральный баланс в организме.

При этом вода с жесткостью выше 4 мг-экв/л способна образовывать отложения карбоната кальция в трубах и на нагревательных элементах. Это явление стало причиной строгих нормативов Котлонадзора, требующих использования умягченной воды для питания котлов.
Соли жесткости вступают в реакцию с моющими средствами, создавая нерастворимые соединения — «мыльные шлаки». Это приводит не только к перерасходу бытовой химии, но и к образованию налета на поверхностях, белье и коже. Такая пена разрушает естественный защитный барьер кожи, забивая поры и вызывая ощущение стянутости. Характерное чувство «мылкости» после мягкой воды, напротив, свидетельствует о сохранности здоровой жировой пленки на коже.

С другой стороны, мягкая вода (ниже 2 мг-экв/л) обладает низкой щелочностью и может усиливать коррозию водопроводных систем. В некоторых сферах, особенно в теплоэнергетике, требуется специальная подготовка воды для баланса между ее жесткостью и коррозионной активностью.

Эти соединения — тревожный сигнал, чаще всего указывающий на загрязнение воды стоками или промышленными отходами. Нитраты особенно опасны для младенцев, так как могут вызывать кислородное голодание. Их присутствие в воде строго регламентировано.

В повышенных концентрациях ухудшают вкус воды, придают ей соленый или горьковатый привкус и могут негативно влиять на людей с определенными заболеваниями почек или сердечно-сосудистой системы.

Яркий пример «двойственной» природы элементов. В оптимальных концентрациях (0,5-1,0 мг/л) фтор укрепляет зубную эмаль и предотвращает кариес. Однако его избыток приводит к флюорозу — поражению зубов и костей.

Эти вещества — однозначные индикаторы загрязнения. Сероводород (сульфиды) придает воде запах тухлых яиц. Нефтепродукты и полифосфаты (компоненты моющих средств) говорят о серьезном техногенном или аварийном загрязнении источника.

Водородный показатель pH показывает степень кислотности или щелочности среды. Шкала pH охватывает значения от 0 до 14 и показывает кислотно-щелочной баланс жидкости. Показатель ниже 7 означает кислую среду, в которой повышена концентрация ионов водорода. Чем ниже цифра, тем выше кислотность. Такая вода может быть агрессивной — например, провоцировать коррозию металлических труб.

Если pH превышает 7, среда считается щелочной. В этом случае в воде преобладают гидроксид-ионы. Рост значения указывает на увеличение щелочности, которую создают растворенные компоненты: гидрокарбонаты, карбонаты и гидроксиды.

Кислые растворы включают аккумуляторную кислоту (0,5) или лимонный сок (2,4). Близкие к нейтральным — молоко (6,5) или кровь (7,35–7,45). Щелочными являются морская вода (8,1) или мыльный раствор (9,0–10,0). Сильнощелочные, такие как раствор едкого натра, достигают значений 13,0–14,0. Чистая вода имеет нейтральный pH = 7, хотя дистиллированная на практике часто слабокислая из-за растворения углекислого газа.

Этот параметр отражает общую концентрацию органических веществ в воде. Высокая окисляемость — признак возможного загрязнения стоками или продуктами разложения растительности, что требует обязательной дополнительной проверки на микробиологию.
Чем выше значение окисляемости, тем больше органических соединений содержится в воде.

Это может быть следствием попадания в источник сточных вод, продуктов разложения растительности или других загрязнений. Высокая окисляемость часто указывает на нежелательные процессы и может служить маркером потенциального загрязнения воды.

Для определения окисляемости применяют два основных метода: перманганатный и бихроматный (ХПК — химическое потребление кислорода). Перманганатная окисляемость чаще используется для относительно чистых вод, в то время как ХПК применяется для анализа более загрязненных стоков, показывая полное количество органики.

Это совокупное количество всех растворенных в воде неорганических солей и органических веществ. На практике этот параметр часто определяют через сухой остаток — массу веществ, остающихся после выпаривания предварительно профильтрованной пробы воды и высушивания при температуре 105–110 °C.

Чем выше минерализация, тем более соленой на вкус является вода. Этот показатель напрямую влияет на ее применение.

• Вода с низким солесодержанием (до 1000 мг/л) считается пресной и оптимальна для питья и хозяйственных нужд.
• Высокоминерализованная вода (свыше 1000 мг/л) может иметь соленый или горьковатый привкус. Такую воду часто классифицируют как минеральную, и ее употребление следует согласовывать с рекомендациями.

Кроме вкуса, повышенная минерализация может вызывать образование накипи на нагревательных элементах бытовых приборов и в системах водоснабжения. С гигиенической точки зрения как недостаточная, так и избыточная минерализация воды может оказывать влияние на организм человека.

Ppm (parts per million) отражает концентрацию растворенных в воде веществ. Один ppm соответствует одному миллиграмму примесей на литр жидкости, что эквивалентно соотношению 1:1 000 000. Этот параметр используют для оценки уровня минерализации и содержания специфических элементов — железа, солей или нитратов.

Вода с низкими показателями ppm (50–100) отличается мягкостью, как после очистки обратным осмосом, но может казаться безвкусной. Средние значения (100–300 ppm) характерны для качественной питьевой воды со сбалансированным вкусом. При высоких показателях (свыше 400–500 ppm) вода становится жесткой, оставляет известковый налет и часто обладает выраженным соленым или горьким привкусом.

Электропроводность показывает, насколько хорошо вода проводит электрический ток. Эта способность напрямую связана с количеством растворенных в ней солей и ионов.
Уровень электропроводности возрастает с увеличением концентрации минеральных веществ — таких как кальций, магний или хлориды. Измерение проводят в микросименсах на сантиметр (мкСм/см), что позволяет быстро оценить общую минерализацию.

Дистиллированная вода, где почти нет солей, имеет минимальную электропроводность — около 5-10 мкСм/см. Природные воды обычно демонстрируют значения от 50 до 1500 мкСм/см, а повышенные показатели означают, что вода загрязнена.
Контроль электропроводности широко используется в системах очистки воды, сельском хозяйстве, аквариумистике и на производстве.

Для каждого потенциально опасного вещества учеными установлена ПДК — концентрация, которая при ежедневном потреблении в течение всей жизни не должна наносить вред здоровью человека.

В России основными документами, определяющими безопасность воды, являются:

• СанПиН (Санитарные правила и нормы) — устанавливают гигиенические нормативы безопасности.
• ГОСТ (Государственный стандарт) — определяет требования к воде, расфасованной в емкости.

Актуальные нормативы ПДК (предельно допустимых концентраций) веществ в воде регламентируются следующими основными документами:

Санитарные правила и нормы (СанПиН):
СанПиН 1.2.3685-21 — «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (2021 год).

СанПиН 2.1.3684-21 — «Санитарно-эпидемиологические требования к содержанию территорий городских и сельских поселений, к водным объектам, питьевой воде и питьевому водоснабжению, атмосферному воздуху, почвам, жилым помещениям, эксплуатации производственных, общественных помещений, организации и проведению санитарно- противоэпидемических (профилактических) мероприятий».

СанПиН 2.1.4.1116-02 — «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости» (2002 год).

Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (ГН):
ГН 2.1.5.1315-03 — «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» (2003 год).

Государственные стандарты (ГОСТ):
ГОСТ Р 51232-98 — «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества» (1998 год).

ГОСТ 2761-84 — «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Общие технические требования» (1986 год).

В них прописаны все ПДК и методы контроля.

Многие страны ориентируются на рекомендации авторитетных международных организаций.

• ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) — публикует руководства по качеству воды, которые являются образцом для многих стран.
• Директива ЕС — устанавливает обязательные стандарты для стран Европейского союза.
• EPA (Агентство по охране окружающей среды США) — регулирует стандарты в США.

Для сравнения, основные нормативы часто совпадают, но могут иметь некоторые различия.

Наиболее точный и полный метод. Химико-бактериологический анализ в аккредитованной лаборатории позволяет определить концентрации десятков показателей и дать юридически обоснованное заключение о соответствии воды нормам. Это необходимо при выборе фильтра или проверке воды из нового источника (скважины, колодца).

Бытовые TDS-метры (солемеры) — портативные приборы, которые за секунды оценивают общее солесодержание в ppm. Они полезны для:

• Проверки эффективности работы фильтров (особенно систем обратного осмоса).
• Оценки жесткости воды.
• Контроля качества бутилированной воды.

Визуальная и органолептическая оценка — первый шаг. Насторожить должен цвет, муть, осадок после отстаивания, наличие посторонних запахов и привкусов. Также существуют тест-полоски для приблизительной оценки жесткости, pH, содержания хлора и нитратов.

Загрязнение воды может происходить на разных этапах ее пути к потребителю.

К ним относятся вымывание веществ из почв и горных пород (железо, марганец, фтор), продукты разложения растительности, попадание в водоносные горизонты соленых вод

Даже хорошо очищенная на станции вода может вторично загрязниться в пути: из-за изношенных чугунных и стальных труб в нее могут попадать ржавчина и продукты коррозии.

Длительное хранение воды, особенно в открытой таре и на свету, может привести к размножению микроорганизмов и ухудшению ее органолептических свойств.

Выбор метода зависит от исходного качества воды:

• Кувшины и насадки подходят для доочистки водопроводной воды от хлора, небольшого количества примесей и улучшения вкуса.
• Проточные системы под раковиной эффективно удаляют широкий спектр загрязнений, включая тяжелые металлы и пестициды.
• Системы обратного осмоса обеспечивают самую глубокую очистку, удаляя до 99% всех растворенных веществ, включая вирусы и бактерии. Для восполнения минерального баланса часто комплектуются минерализаторами.

Справиться с неприятными запахами и привкусами помогают угольные фильтры. Сорбционная загрузка на основе активированного угля эффективно улавливает частицы, вызывающие органолептические проблемы.

Водопроводная вода почти всегда хлорируется для обеззараживания. Хотя ПДК хлора строго контролируется, многие желают избавиться от специфического привкуса и запаха. Угольные фильтры отлично справляются с этой задачей.