Примеси воды: вещества, имеющие положительное и отрицательное физиологическое значение


Примеси воды: вещества, имеющие положительное и отрицательное физиологическое значение

Примеси воды под вооруженным взглядом

Из предыдущего выпуска "Источники водоснабжения" мы узнали, откуда берется та вода, которая течет из крана конечного потребителя (напомню, что к основным источникам водоснабжения относятся атмосферные водыповерхностные (наземные) воды и подземные воды). И, наверное, уже хочется задать следующий вопрос: а от чего собственно нужно очищать воду?

Но лично я бы поставил вопрос несколько иначе: От чего воду не надо чистить? Существуют ли такие биологически полезные примеси, которые мы получаем только из воды, и удаление которых не восполняется правильным питанием и может повредить здоровью? По моему мнению, таких примесей нет и чем лучше очищена вода, тем безопасней она. О том, какие примеси потенциально могут быть полезны и как их стоит заменять при употреблении высокоочищенной воды вы скоро узнаете.

Единственной примесью, которую хотелось бы сохранить, являются растворенные в воде газы. Во многом они придают воде приятный освежающий вкус, и именно из-за их отсутствия в дистиллированной воде она совершенно безвкусна. С другой стороны, дистиллированная вода позволяет почувствовать истинный вкус чая или кофе, что понравиться гурманам. Кроме того, отсутствие примесей в такой воде повышают способность к экстрагированию веществ, что также положительно сказывается при приготовлении отваров, напитков, супов и т.п.

А теперь давайте попробуем классифицировать все примеси в воде с точки зрения полезности или вреда для организма человека. Современная гигиена делит их на три больших группы:

вещества, имеющие положите льное физиологическое значение;

вещества, обладающие токсическими свойствами;

вещества индифферентные.

Так же немного внимания стоит приделить еще одному типу загрязнений. Это бактериальные загрязнения воды.



Вещества, имеющие положительное физиологическое значение
 

В эту группу следует отнести кальций и магний, а также большое число веществ, относящихся к так называемым микроэлементам. При этом значение воды в обеспечении микроэлементами выяснено лишь относительно йода и фтора. Что касается железа, меди, цинка и других микроэлементов, то их рассматривают как нежелательные ингредиенты природной воды.

Кальций

Чаще всего в воде присутствуют соли кальция природного происхождения, хотя не исключено попадание их с промышленными стоками. Положительную роль в кальциевом балансе в организме соли кальция могут играть только при несбалансированном питании. В сутки организму необходимо около 800 мг кальция, поэтому для того, чтобы покрыть эту потребность только за счет воды, потребуется выпить 8 литров при максимальной допустимой концентрацией кальция в ней (ПДК 100 мг/л). Таким образом, при употреблении 1,2 л (именно столько воды необходимо человеку в сутки в виде жидкости) – можно получить не больше 15% от нормы. Такое же количество кальция можно получить съев 12 г твердого сыра, или 75 г творога или 75 г кураги, или выпив 700 мл молока. Как видите, не сложно обеспечить наш организм этим элементом, просто более полноценно питаясь. А уже окончательное решение о том, что лучше – добавить в свой рацион немного продуктов, употребляя чистую и безопасную воду, или получать кальций и другие микроэлементы из воды, одновременно подвергая себя риску – за вами.

Но соли кальция имеют еще одну неприятную особенность, о которой нельзя не упомянуть в этом обзоре. Это способность некоторых растворимых солей переходить в нерастворимые при нагревании. При этом гидрокарбонатные соли кальция (также, как и магния) разлагаются с образованием воды, углекислого газа и нерастворимого карбоната кальция. Так образуется накипь, которая досрочно выводит из строя нагревательные элементы, начиная от чайников и тэнов стиральных машин и заканчивая котлами котельных. Кроме того, растворенный в воде кальций способен вступать в химические реакции со многими моющими средствами, нейтрализуя их и образуя нерастворимые соединения. А это в свою очередь приводит к увеличению расхода стиральных порошков.

Вывод: соли кальция, являясь потенциально полезными для здоровья, могут приносить значительным материальный ущерб и неудобства. Если вы пользуетесь муниципальной системой водоснабжения, то трудно обеспечить декальцинирование всей используемой воды, но использование небольших систем (к примеру – обратноосмотических) не только допустимо, но и желательно при условии полноценного питания, а если у вас собственная скважина, то удаление кальция из всей поступающей в дом воды (умягчение) является вполне оправданным шагом. Впрочем, о различных методах и системах очистки воды мы поговорим чуть позже.

Йод

В природных пресных водах содержится в очень незначительных количествах, около 0,003 – 0,0089 мг/л, в морских – 0,05 мг/л. Специальных норм содержания йода в питьевых водах нет. По некоторым данным низкая концентрация йода в воде может приводить к заболеваниям щитовидной железы. Но этот недостаток легко может коррегироваться пищей или употреблением специальной иодированной соли. В сутки человеку требуется примерно 0,1 мг. Если представить что мы пьем воду с максимальным содержанием йода (0,05 мг/л – гипотетический случай), то для покрытия нужд требуется выпить около 2-х литров такой воды. А для того чтобы обеспечить себе поступление йода взамен потерянного при очистке, достаточно съесть 6 г морской капусты, или 7,5 г печени трески, или 37,5 г хека или 40 г минтая. Но проще всего восполнить потенциальный недостаток поступления йода в организм – регулярно принимать качественные витаминно-минеральные препараты. К примеру, в одной таблетке качественных поливитаминов содержится около 0,15 мг йода, что составляет полторы необходимые суточные дозы, т.е. создает небольшой запас, и вместе с тем, не приводит к передозировке даже при длительном ежедневном приеме.

Фтор

Содержание этого элемента в природных водах колеблется от сотых долей миллиграмма в 1 л до 5,0 и даже 12 мг/л. В подземных водах его больше, чем в поверхностных. В больших количествах фтор встречается в водах, добываемых в местностях, располагающих залежами фторапатитов. Кроме того, особенно в открытые водоемы, фтор может попадать с промышленными сточными водами.

Значение фтора для организма человека определяется его влиянием на формирование костей и в первую очередь – зубов. Содержание его в питьевой воде более 1,5 мг/л может вызывать заболевание, называемое флюорозом, внешним проявлением которого является пятнистость эмали зубов. При использовании воды, содержащей свыше 5 мг/л фтора, наблюдается флюороз скелета (остеофлюороз). Недостаточное содержание этого микроэлемента в воде (меньше 0,5 мг/л) также нежелательно, так как способствует возникновению кариеса зубов.

Механизм действия фтора на зубы объясняется образованием более прочного и кислотоустойчивого фторапатита из гидроксиапатита, входящего в состав эмали зуба. Как показали исследования Скотта, Пикара и др., замещение гидроксильной группы на фтор в кристаллической решетке гидроксиапатита может осуществляться и при местном воздействии (например, при использовании зубных паст, содержащих фтор). Кроме того, полностью восполнить фтор, потерянный при качественной очистке воды, можно съев 129 г скумбрии, или 258 г минтая или 263 г грецких орехов.

Медь

В природных водах содержание этого элемента относительно невелико (0,02 – 0,4 мг/л), но может значительно увеличиваться за счет промышленных сточных вод. Медь положительно влияет на многие процессы в организме человека, поэтому присутствие ее, если она природного происхождения, в определенных концентрациях в воде допустимо.

В сутки человеку требуется примерно 2 мг меди и с водой может быть получено не больше 60 % от этого количества. При этом компенсировать потери меди при очистке воды можно съев 32 г говяжьей печени, или 40 г свиной печени или 160 г гороха. Но опять же проще всего компенсировать возможный недостаток регулярно употребляя витаминно-минеральные комплексы. Одна таблетка препарата содержит около 2 мг меди, т.е. суточную норму.

Железо

Железо является истинным биоэлементом. В природных и в особенности в подземных водах встречается довольно часто, достигая в отдельных случаях 70 мг/л. Повышенное содержание железа в воде ведет к уменьшению прозрачности, появлению желто-бурой окраски и неприятного вяжущего привкуса воды.

В сутки человеку требуется около 10 мг железа, и, так как в водопроводной воде допускается его присутствие не больше 0,3 мг/л, необходимо выпивать в сутки около 33 литров жидкости, чтобы полностью восполнить эту потребность. Так что в реальной жизни мы получаем из воды не больше 3,6% суточной нормы. Восполнить эти потери проще простого, съев 1,8 г свиной печени, или 18 г абрикоса, или 12 г айвы, или, наконец, 19 г петрушки. В поливитаминах содержится около 14 мг железа в одной таблетке, т.е. полностью перекрывает суточную норму взрослого человека.
 


Примеси воды: бактериальная загрязненность воды

 

В эту группу входят вещества, присутствие которых в питьевой воде недопустимо или крайне не желательно. Подавляющее большинство их попадает в воду с различными бытовыми или промышленными стоками. В настоящее время во внешнюю среду выбрасывается множество различных химических соединений, значительная часть которых рано или поздно попадает в водоисточники. Особенно опасным является присутствие в воде плохо поддающихся разрушению или неразрушающихся веществ, обладающих токсическими свойствами. К их числу относятся многие металлы и металлоиды (свинецртуть, мышьяк, фтор, бор, бериллий, кадмий, хром, никель, ванадий, селен и др.), некоторые органические и неорганические соединения (пестициды, смолы, детергенты, фенолы и их производные, производные анилина, цианиды и т.п.), нитраты, радиоактивные вещества и т. д. В этом обзоре невозможно подробно рассказать про все возможные вещества, способные навредить нашему здоровью и, в конечном счете, сократить жизнь. Остановимся лишь на некоторых из них.
 


Вещества, оказывающие токсическое действие
 

Свинец

Содержание этого металла в природных водах очень невелико, примерно 0,005 мг/л. С промышленными сточными водами могут поступать значительные количества свинца в виде хорошо растворимых солей азотной, хлористо-водородной и серной кислот, а также окиси свинца – PbO.

Свинец относится к высокотоксичным ядам, способным накапливаться в организме в течение длительного периода времени (кумулятивные свойства). Он поражает центральную нервную систему, систему кроветворения, желудочно-кишечный тракт, ферментные системы и гормоны.

Ртуть

В чистых натуральных природных водах ртуть и ее соединения не встречаются. Однако вследствие широкого применения соединений ртути в промышленности и в сельском хозяйстве это вещество нередко обнаруживается, особенно в открытых водоемах. Токсичность ее исключительно велика. Как и свинец, она способна к кумуляции (накоплению в организме) и обладает способностью поражать центральную нервную систему, почки, печень и кроветворные органы.

Хром

Концентрация этого вещества в природных водах невелика – от 0,0009 до 0,002 мг/л. Увеличение количества хрома чаще всего связано с загрязнением сточными водами металлургических, кожевенных, текстильных, бумажных и других предприятий. Соединения шестивалентного хрома обладают выраженным токсическим свойством. Двух- и трехвалентные соединения несколько менее токсичны.

Фенолы

В природных водах фенолы, как правило, не встречаются, поэтому обнаружение их в воде свидетельствует о попадании в нее промышленных стоков. Хотя токсичность фенолов не очень велика, они способны даже при небольшой концентрации резко ухудшать органолептические свойства воды. При хлорировании воды из фенолов образуются хлорфенолы, которые обладают более сильным неприятным запахом, который начинает ощущаться уже при наличии тысячных долей миллиграмма этого соединения в литре. Кроме того, хлорфенолы обладают большими токсическими и тератогенными свойствами.

Нефть и нефтепродукты

Попадают в водоемы со стоками нефтеперерабатывающих заводов, а также со всех видов транспорта, работающего на нефтепродуктах или перевозящего нефть. Токсичность нефти и нефтепродуктов при поступлении через рот невелика, но установлено, что нефтепродукты содержат канцерогенные вещества, которые оказывают отсроченное действие, накапливаясь в организме.

Нитраты (ионы азотной кислоты)

Современные исследования выявили, что нитраты, поступающие в организм с питьевой водой, способны вступать в химическую реакцию с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина, который не способен переносить кислород. Особенно опасны нитраты для детей младшего возраста, активный рост которых требует достаточного снабжения тканей организма кислородом. Основными симптомами отравления являются одышка, изменение цвета кожных покровов (цианоз), отставание развития и роста ребенка. Но и взрослые отнюдь не находятся в безопасности, хотя симптомы могут быть менее выраженными. Существует так называемая бессимптомная и стертая формы метгемоглобинемии (повышенное содержание метгемоглобина в крови). Единственными признаками этих форм могут быть слабость, недомогание, бледность кожных покровов.

Радиоактивные вещества

Все природные воды содержат в небольшом количестве радиоактивные вещества, из которых основными являются радий, уран, торий и калий-40, но их суммарная естественная радиоактивность очень мала. Однако в последнее время наблюдается все больше зон, имеющих повышенную радиоактивность, вызванную антропогенными факторами. При этом основными носителями этой радиоактивности выступают изотопы с небольшим периодом полураспада. Это Стронций-90, Цезий-137, Церий-144, Хлор-36. В окружающую природу они поступают в основном в процессе производства и испытания ядерного оружия, из атомных электростанций, при авариях, при производстве и испытании приборов, содержащих радиоактивные изотопы, а также в случаях неправильной их утилизации.

Наиболее опасной особенностью радиоактивных изотопов является то, что они по химическим и физическим свойствам не отличаются от своих безопасных собратьев. Это позволяет им встраиваться в биологические цепочки, накапливаться в организме, исподволь разрушая его.

Наверное, одним из наиболее опасных изотопов является стронций-90 (Sr-90), имеющий химическое сродство с кальцием, а значит и способность откладываться в костных тканях животных и человека.

Отдельно хотелось бы выделить такой радиоактивный изотоп как радон-222. Это радиоактивный природный газ, абсолютно прозрачный, не имеющий ни запаха, ни вкуса. При этом именно он является источником примерно 30% от всей радиации, получаемой человеком при жизни. Наличие этого газа не определяется обычными методами, и для определения его концентрации необходимо использовать специальное оборудование.

Радон образуется в недрах Земли в результате распада урана, который в незначительных количествах входит в состав практически всех грунтов и горных пород. Особенно велико содержание урана в гранитных породах. Радон постепенно просачивается из недр на поверхность, где сразу рассеивается в воздухе, в результате чего его концентрация остается ничтожной и не представляет опасности.

Так почему же тогда мы уделяем здесь радону особенное внимание? Оказывается, недостаточный воздухообмен, например, в домах или других помещениях, приводит к накоплению этого газа до опасных концентраций. Так как радон попадает в здания из земли, то на западе при строительстве фундаментов в «радоноопасных» районах широко применяют специальные защитные мембраны, препятствующие просачиванию радона. Но этот опасный газ может проникать в наши дома и другим путем, при том наверное даже более опасным. Этим путем является скваженная вода. При всей привлекательности использования скваженной воды для водоснабжения домов (а иногда скваженная вода используется и в муниципальных системах), она таит в себе эту скрытую опасность. Радон очень хорошо растворим в воде и при контакте подземных вод с радоном, они быстро насыщаются им. Затем, поступая в дома, этот газ также легко покидает воду и насыщает воздух на кухнях и в ванных комнатах. К примеру, при приеме душа (т.е. когда из-за разбрызгивания воды идет активный газообмен с воздухом) концентрация радона может увеличиваться в десятки и даже сотни раз.

Растворенный в воде радон действует двояко. С одной стороны, он вместе с водой попадает в пищеварительную систему, а с другой стороны, люди вдыхают выделяемый водой радон при ее использовании. Ингаляционный способ считается наиболее опасным для здоровья.

Можно ли бороться с радоном в воде? Да и очень эффективно. Один из наиболее эффективных методов борьбы с радоном – аэрирование воды («пробулькивание» воды пузырьками воздуха). Однако этот метод мало приемлем для обычных пользователей воды. Достаточно эффективным способом удаления радона на бытовом уровне является использование активированного угля. Фильтр на основе качественного активированного угля способен удалить до 99,7% радона. Правда со временем этот показатель несколько снижается. Так что, для бытового использования и защиты от радона можно порекомендовать системы на основе обратного осмоса, которые наряду со своей полинаправленностью — удаляют большинство известных загрязнений — имеют несколько ступеней угольных фильтров. Но, если речь идет об очистке не только питьевой воды, и не только для бытового потребления, то могут потребоваться более громоздкие системы.
 


Примеси воды: вещества индифферентные


В эту группу входит большое количество веществ преимущественно природного происхождения. Никакой пользы они не несут, впрочем и вредными в малых количествах они тоже не являются. Количество таких веществ допускается до пределов вкусовой ощутимости. Сюда относятся сульфаты, карбонаты,гидрокарбонаты, свободная углекислота, ионы кальция, магния, калия, натрия и ряд других веществ.


Индифферентные вещества


Сульфаты

Вместе с хлоридами, сульфаты представляют основную часть солевого состава природных вод. Их значение заключается, прежде всего, во влиянии на вкусовые свойства воды значительно ухудшая их.

Карбонаты и гидрокарбонаты

В эту группу веществ входят анионы угольной кислоты, находящиеся в соединении с какими-либо катионами. Проходя через почву, вода насыщается углекислотой. При дальнейшем движении в грунте вода может встретить на своем пути карбонаты кальция и магния, которые будучи плохо растворимы в воде, в присутствии углекислоты переходят в хорошо растворимые гидрокарбонаты, увеличивая содержания кальция и магния. Кроме того, карбонаты определяют концентрацию водородных ионов и так называемую щелочность природных вод.

Ионы щелочных и щелочноземельных металлов

Это такие ионы, как калий, натрий, кальций и магний. При этом два последних являются основными ионами, создающими так называемую жесткость воды.

Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная жесткость обусловлена ионами кальция и магния, находящимися в соединении с гидрокарбонатными анионами. Временной она называется потому, что при кипячении воды происходит разрушение гидрокарбонатов с образованием карбонатов кальция и магния, которые очень плохо растворимы в воде и выпадают в осадок с образованием накипи.

Постоянная жесткость обусловлена соединениями кальция и магния со всеми другими анионами, кроме гидрокарбонатного. Она не уменьшается при кипячении. Общая жесткость складывается из временной и постоянной.

В следующем выпуске мы рассмотрим вопросы бактериального загрязнения воды.


Примеси воды: бактериальная загрязненность воды


Напомним, что в предыдущих выпусках серии мы рассмотрели вопросы, связанные с источниками водоснабжения, а также полезные, токсичные ииндифферентные примеси воды. В этом выпуске будет рассмотрен еще один тип загрязнения — бактериальное. Следующие выпуски будут посвящены вопросам очистки воды от патогенных примесей и рассмотрению проблем, связанных с сопутствующей потерей полезных для человека элементов. В завершение серии мы вынесем заключение о наиболее распространенных и наиболее прогрессивных технологиях очистки питьевой воды.

Бактериальная загрязненность воды

Бактериальная загрязненность воды – это отдельная тема, т.к. микроорганизмы могут появиться даже в самой казалось бы химически безопасной воде. Не стоит забывать, что природная вода, особенно поверхностных водоисточников (хотя подземные воды тоже не всегда свободны от бактерий), является средой обитания многочисленных представителей микро и макроорганизмов животного и растительного происхождения.

Все организмы, населяющие водоемы, можно разделить на постоянных и случайных обитателей. Постоянные обитатели, как правило, представляют наиболее многочисленную группу, однако гигиеническое значение их невелико. И, наоборот, в числе случайных, непостоянных обитателей могут находиться патогенные для человека формы организмов (микробы, простейшие, яйца гельминтов и т.п.), попадающие в воду с экскрементами больных людей, животных и бактерионосителей. Таким путем природные воды могут загрязняться микроорганизмами кишечной группы (холерный вибрион, бациллы брюшного тифа, паратифов, дизентерии), лептоспирами (возбудителями инфекционной желтухи, водяной лихорадки), возбудителями туляремии, бруцеллеза, некоторыми вирусами (Коксаки, ЕСНО, полиомиелита, трахомы и др.). Кроме того, в воде могут находиться патогенные простейшие (некоторые амебы, лямблии, балантидии), а также зародыши паразитических червей (аскарид, власоглава, печеночной двуустки, карликового цепня, эхинококка, угрицы, анкилостомы, ришты, кривоголовки американской). Некоторые паразитические черви (лентец широкий, кошачья двуустка, китайская двуустка и др.) непосредственно через воду не передаются, однако цикл их развития на определенных этапах происходит в гидробионтах.

Наверное, сейчас не имеет смысла описывать свойства каждого вида, выживаемость их в воде и те заболевания, которые они способны вызывать. Отметим только что Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) пишет: «Инфекционные болезни, вызываемые патогенными бактериями, вирусами и простейшими или паразитическими агентами, представляют собой наиболее типичный и широко распространенный фактор риска для здоровья, связанный с питьевой водой».

Разные виды болезнетворной микрофлоры имеют различную выживаемость, которая зависит от множества факторов. К ним относятся в первую очередь такие, как химический состав и физические свойства воды. В таблице приводятся примерные сроки выживания основных видов микроорганизмов в различных водах.



Выживаемость некоторых микроорганизмов в воде

 

Микроорганизмы

Выживаемость в днях

Колодезная чистая вода

Речная вода

Стерильная вода

Морская вода

Лед

Бактерии брюшного тифа и паратифов

107 — 540

7 — 21

167 — 365

14 — 15

120 – 150

Бактерии дизентерии (Зонне, Флекснера)

10 — 11

5 — 6

30 — 60

1 — 12

17 – 24

Холерный вибрион

2 — 8

7 — 12

365 и более

90

120 – 150

Цисты амебной дизентерии

-

14 — 60

-

-

-

Бактерии туляремии

12 — 60

7 — 31

3 — 15

-

32

Лептоспиры

-

14 — 21

До 7

-

-

Бруцеллы

-

-

60 — 160

-

-

Бактерии сапа

-

15 — 30

-

-

-

Вирусы полиомиелита

-

-

До 90

-

-

Споры сибирской язвы

-

Годы

-

-

-

Кишечная палочка

-

До 365

До 365

-

-

 

Из этой таблицы видно, что в большинстве случаев, чем чище вода, тем дольше могут в ней выживать патогенные микроорганизмы. Поэтому в случае их попадания в грунтовые воды из источников загрязнения, они могут в течение длительного времени быть опасными для людей. Наиболее актуальна может быть эта проблема для открытых деревенских колодцев, а также различных родников, который находятся в пределах территории городов и, к сожалению, зачастую пользующихся популярностью у местных жителей, несмотря на все предупреждения санитарно-эпидемиологических служб. Для примера стоит привести таблицу минимального допустимого расстояния между колодцами (глубиной от 5 до 15 метров) и источниками загрязнения. Примерно такие же требования (или даже более строгие) распространяются и на родники. Теперь вы сами сможете оценить безопасность любимого родника или колодца.


Расстояние в метрах между колодцами (глубиной от 5 до 15 м) и источниками загрязнения.

 

Источники загрязнения

Характер водоносной породы

Суглинки

Супеси

Мелкие пески

Крупные пески

Щебень, галечник

Выше расположенные колодцы

15

20

20

25

35

Выгребные уборные

50

75

100

125

150

Свалки

1500

2000

2000

2500

2500

Поля ассенизации

1000

1000

1000

1500

2000

Очистные канализационные сооружения

100

100

150

200

300

Жилые дома

10

15

20

30

50

Скотные дворы, конюшни

200

200

300

400

500

Бани, прачечные

50

50

75

100

150

Кухни-столовые

10

15

20

30

50

Проезжие дороги

20

30

40

50

50

К сожалению, ни один из современных методов обработки воды не обеспечивает 100-процентной очистки воды от микроорганизмов, но существуют два метода очистки наиболее близкие к идеалу. Это дистилляция и обратноосмотические системы. Впрочем, речь о них пойдет в следующем разделе.

В следующем выпуске мы предоставим подробный обзор методов очистки воды.