Минерализация, общее солесодержание (TDS)

1. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводность варьируется в пределах от 30 мкСим/см до 1500 мкСим/см.
2. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40-50 мг/дм 3 до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы).
3. Удельная электропроводность атмосферных осадков (с минерализацией от 3 до 60 мг/дм 3) составляет величины 20-120 мкСим/см.

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

Классификация природных вод по минерализации.

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм 3 . По согласованию с органами Роспотребнадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм 3).

Удельная электропроводность воды

Удельная электропроводность - это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном растворы смесей сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na + , K + , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- , HCO 3 - . Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Присутствие других ионов, например, Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Al 3+ , NO 3 - , HPO 4 2- , H 2 PO 4 - не сильно влияет на электропроводность, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводности природной воды можно приближенно судить о минерализации воды с помощью предварительно установленных зависимостей. Затруднения, возникающие при оценке суммарного содержания минеральных веществ (минерализации) по удельной электропроводности связаны с:

1. неодинаковой удельной электропроводимостью растворов различных солей;
2. повышением электропроводимости с увеличением температуры.

Нормируемые величины минерализации приблизительно соответствуют удельной электропроводности 2 мСим/см (1000 мг/дм 3) и 3 мСим/см (1500 мг/дм 3) в случае как хлоридной (в пересчете на NaCl), так и карбонатной (в пересчете на CaCO 3) минерализации. Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем их суммарной концентрации электролитов, главным образом, неорганических, и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды для оценки минерализации вод. Удельная электропроводность - удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия.

Температура

Температура воды является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод и др. Годовой и суточный ход температуры воды на поверхности и глубинах определяется количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно проникают на небольшую глубину. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха. В требованиях к качеству воды водоемов, используемых для купания, спорта и отдыха, указано, что летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца года за последние 10 лет. В водоемах рыбохозяйственного назначения допускается повышение температуры воды в результате спуска сточных вод не больше, чем на 5 °С по сравнению с естественной температурой. Температура воды - важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Значения температуры используют для вычисления степени насыщения воды кислородом, различных форм щелочности, состояния карбонатно-кальциевой системы, при многих гидрохимических, гидробиологических, особенно лимнологических исследованиях, при изучении тепловых загрязнений.

7. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОЦЕНКА ИХ

КАЧЕСТВА

7.1. Формы выражения результатов анализа химического состава

подземных вод

Природная вода − сильнейший растворитель минералов и горных пород, обогащена различными солями. В связи с большим разбавлением природных растворов, соли практически полностью диссоциированы на ионы.

Главными ионами являются катионы Са2+, Mg2+, Na++К+, и анионы НСО3-, SO42-, Cl-. Определение содержания ионов выполняется аналитическими методами. Результаты принято представлять в ионной, эквивалентной и процентной формах (таблица 6).

Ионная форма - выражение содержания в природных водах ионов в единицах массы на определенный объем воды. Обычно это миллиграммы или граммы на литр воды. Ионная форма дает массовое содержание данного вещества в воде, что имеет большое практическое значение.

Эквивалентная форма. Ионы взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах. Поэтому для установления взаимосвязи между ионами анализы выражают в эквивалентной форме. Она позволяет:

Судить о правильности произведенного анализа;

Составить гипотетические соли;

Классифицировать воды по ряду показателей.

Для пересчета необходимо содержание иона в мг/л разделить на его эквивалентный вес или умножить на пересчетный коэффициент, который является величиной обратной эквивалентному весу (таблица 7).

В природных водах ион Na+ значительно преобладает по сравнению с К+, поэтому сумма ионов (Na++К+) определяют по условному коэффициенту 0,04 (или по Na+).

	Эквивалентный вес	Пересчетный коэффициент		Эквивалентный вес	Пересчетный коэффициент

Таблица 7 − Эквивалентные веса и пересчетные коэффициенты

Контроль анализа. Суммы анионов и катионов в мг-экв/л должны быть равны или незначительно различаться. Допустимая погрешность находится по формуле:

где ΣА – сумма анионов в мг-экв/л;

ΣК – сумма катионов в мг-экв/л.З0

В нашем примере расчет А доп производим для 10 и 11 скважин:

Погрешность допустимая;

Погрешность допустимая.

Процент-эквивалетная форма (%-экв) удобна для последующих сопоставлений природных вод различной минерализации и более четкого представления о соотношениях между ними. Процент-эквивалентная форма используется при графической обработке данных анализа, классификации вод и оценке их качества.

Для вычисления необходимо сумму эквивалентов катионов (ΣК ) и сумму эквивалентов анионов (ΣА ), каждую в отдельности, принять за 100 %, а затем рассчитать процентное содержание каждого иона. Точность расчета – до одного знака после запятой.

Проверку расчета проводят суммируя %-эквивалентные содержания анионов и катионов отдельно, суммы должны быть равны 100 %-экв.

7.2. Определение минерализации воды

Минерализация – количество растворенных в воде минеральных веществ выраженное в мг/л или г/л. Она имеет следующие понятия:

- сумма ионов (ΣИ , г/л) – арифметическая сумма содержания всех определенных анализом ионов в мг/л или г/л;

- сухой остаток определяется экспериментально, путем выпаривания определенного объема воды и высушивания осадка при температуре 110 о С.

Контроль анализа выполняется по сопоставлению величин сухого остатка и суммы ионов: они должны отличаться на 0,5 НСО 3 - . Это объясняется тем, что при нагревании ионы НСО 3 - переходят в СО 3 2- по схеме:

2НСО 3 - →СО 3 2- + Н 2 О + СО 2 ,

т. е. вместо 2 ионов НСО 3 - в сухом остатке остается только один ион СО 3 2- .

Согласно ГОСТ 17403-72 природные воды по минерализации разделены на группы (таблица 8). Предел пресных вод – 1 г/кг – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.

Таблица 8 – Характеристика вод по минерализации

7.3. Определение жесткости воды

Жесткость воды, согласно стандарту выражается суммой мг-экв/л ионов Са 2+ и Mg 2+ . Различают общую, устранимую (карбонатную) и неустранимую (постоянную) жесткость.

Общая жесткость равна сумме концентраций находящихся в воде катионов Са 2+ и Mg 2+ :

r Са 2+ + rMg 2+ = общая жесткость(мг-экв/л),где r - содержание иона в мг-экв/л.

Устранимая жесткость определяется по содержанию в воде гидрокарбонат-иона. При кипячении часть ионов Са 2+ и Mg 2+ соединяется с равным количеством иона НСО 3 - и образует накипь.

Неустранимая жесткость связана с наличием в воде солей сильных кислот Са 2+ и Mg 2+ (хлоридов, сульфатов, нитратов и т.д.) Определяется как разность общей и устранимой жесткости:

r Са 2+ + rMg 2+ − r НСО 3 - - жесткость неустранимая.

Определяют общую жесткость воды в соответствии с классификацией (таблица 9).

Таблица 9 − Классификация подземных вод по общей жесткости

7.4. Химическая классификация подземных вод

Разнообразие химического состава природных вод определяет необходимость их систематизации. Существует довольно много классификаций учитывающих химические свойства, соотношение групп анионов и катионов, генетические особенности вод.

Широко применяется классификация О.А. Алекина (рисунок 10), сочетающая принцип деления по преобладающим ионам и соотношениям между ними. Преобладающим является тот ион (отдельно рассматриваются анионы и катионы) , содержание которого больше каждого из двух других не менее чем на 10 %-экв/л. Если разница меньше, то вода будет смешанного состава, при этом уступающий в пределах 10 %-эквивалентов ион будет читаться сокращенным прилагательным, а преобладающий – полным.

По преобладающим анионам выделяется три класса вод: гидрокарбонатные (C ), сульфатные (S ) и хлоридные (С l ). В каждом классе по преобладающим катионам выделяют группы кальциевых, магниевых, натриевых вод.

Рисунок 10 - Схема классификации природных вод по химическому

Класс гидрокарбонатных вод объединяет маломинерализованные воды рек, пресных озер и значительное количество подземных вод.

К хлоридным относятся минерализованные воды рек, озер, морей, лиманов, подземные воды солончаковых районов, пустынь.

Сульфатные воды занимают промежуточное место между гидрокарбонатными и хлоридными.

По соотношению ионов выделяют четыре типа вод:

I тип . Это пресные, мягкие воды рек, поверхностных водоемов.

II тип . Воды малой и средней минерализации озер, рек, подземные вода, залегающие в осадочных породах.

III тип . К этому типу относятся сильноминерализованные вода глубоких горизонтов, океанов, морей, лиманов.

IV тип. Воды этого типа кислые, сильноминерализованные, очень жесткие.

Состав воды в соответствии с классификацией О.А. Алекина записывают в виде символа, к которому прибавляется и величина минерализации в г/л.

Например : вода гидрокарбонатная кальциевая второго типа с минерализацией 0,88 г/л будет записана символом - C II Ca 0,88

Определив класс, группу и тип вод по классификации О.А. Алекина, записывают их в графу 18 таблицы 6 при помощи символов.

Солесодержание или минерализация - это показатель количества содержащихся в воде растворённых веществ, главным образом, неорганических солей. За рубежом минерализацию также называют «общим количеством растворённых частиц» - Total Dissolved Solids (TDS).

Обычно минерализацию подсчитывают в миллиграммах на литр (мг/л), но, учитывая, что единица измерения «литр» не является системной, правильнее минерализацию выражать в мг/дм3, при больших концентрациях - в граммах на литр (г/л, г/дм3). Также уровень минерализации может выражаться в частицах на миллион частиц воды - parts per million (ppm). Соотношение между единицами измерения в мг/л и ppm почти равное и для простоты можно принять, что 1 мг/л = 1 ppm .

В зависимости от общей минерализации воды делятся на следующие виды : 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).

Качество питьевой воды регулируется в России рядом СанПин , нормирующих качество водопроводной и бутилированной питьевой воды.

Всемирная организация здравоохранения (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 .

Кроме бутилированной питьевой воды, которую можно использовать для питья ежедневно, существуют бутылочные минеральные воды делят на три группы: столовые, лечебные и лечебно-столовые .

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм3. По согласованию с органами Департамента Санэпиднадзора для водопровода, подающего воду без соответствующей обработки (например, из артезианских скважин), допускается увеличение минерализации до 1500 мг/дм3 .

Дистиллированная вода - это вода, которая была максимально очищена от всякого рода примесей (микро- и макроэлементы, соли, посторонние включения) при помощи процесса дистилляции. Также исключается наличие в ее составе тяжелых металлов, вирусов, бактерий. Получается она только при создании определенных условий человеком, в природе ее не существует как таковой, никаких микроорганизмов и полезных минеральных веществ в ней нет. Качество нормируется ГОСТ 6709–72.

Имеется точка зрения, что использование постоянно в питьевых целях воды с низким солесодержанием ведет к «вымываю» из организма солей, в том числе кальция .

Цель работы - определить солесодержания различных видов питьевых вод. Для достижения цели были определены следующие задачи: 1) произвести обзор литературы по теме исследования; 2) произвести замеры солесодержания различных типов вод; 3) сравнить полученные значения солесодержания с нормативными.

Методика проведения исследований

Измерения производили на кондуктометре Мультитест КСЛ-101. Кондуктометр КСЛ-101 предназначен для измерения удельной электрической проводимости жидкостей и общего солесодержания в пересчете на хлористый натрий.

В основу работы кондуктометра заложен контактный метод измерения удельной электрической проводимости жидкостей. Прибор относится к переносным полуавтоматическим широкодиапазонным цифровым измерительным приборам с температурной компенсацией. Выбор диапазона производится автоматически. На индикатор выводится четыре значащие десятичные цифры, дискретность вывода равна единице младшего разряда.

В кондуктометре предусмотрена автоматическая температурная компенсация результатов измерения помощью специального электрода. Внешний вид прибора и электродов представлены на рис. 1.

Определяли солесодержание пяти проб воды.

Рис. 1. Внешний вид кондуктометра Мультитест КСЛ-101 и процесс измерений

Для анализа приобрели в супермаркете воду трех видов: 1) Шадринская лечебно-столовая № 319 (г. Екатеринбург), согласно данным производителя солесодержание от 6 до 9,1 г/л ; Нарзан натуральной газации (г. Кисловодск), согласно данным производителя солесодержание от 2 до 3 г/л . «Люкс вода» (г. Челябинск), согласно данным производителя солесодержание до 400 мг/л .

Кроме того, были произведены анализы водопроводной воды из под крана, для этого воду из холодного крана спускали в течение 15 минут, а затем отбирали в чистую емкость. Также измеряли содержание кипяченой водопроводной воды, поскольку обычно для питья используется водопроводная вода после кипячения.

Измеряли электропроводность дистиллированной, приготовленной в лаборатории химического факультета ЮУрГУ (НИУ) г Челябинск.

Для измерения электроды помещали в стаканчик с водой, нажимали кнопку «Пуск», ждали, когда установится значение в течение 3 минут. Записывали результат высветившийся на табло.

Результаты исследований

Были произведены измерения солесодержания питьевых вод и дистиллированной воды. Результаты измерений представлены в таблице 1. Также в таблице 1 приведены нормативные значения солесодержания (в соответствии с принятыми стандартами либо требования производителя).

Из исследованных вод наименьшим значением солесодержания обладает дистиллированная вода - 3,1 мг/л, что соответствует требованиям ГОСТ 6709–72.

Были исследованы три типа воды, купленной в магазинах г. Челябинска. Наименьшим солесодержанием характеризуется Люкс вода - 120 мг/л, это значение ниже 400 мг/л как устанавливает производитель. Эта вода по солесодержанию относится к столовой и может использоваться в питьевых целях ежедневно.

Воды Шадринская лечебно-столовая № 319 и Нарзан натуральной газации по своему солесодержанию относятся к лечебно-столовым. Но в обоих случаях полученные значения солесодержания были ниже нижнего значения, заявленного производителем. Для воды Шадринской - 3573 мг/л против 6000 мг/л, для Нарзана - 1709 мг/л против 2000 мг/л. Возможно, это связанно тем, что продукция не является оригинальной.

Таблица 1

Результаты измерений

№ п/п	Наименование воды		Норматив, мг/л
	дистиллированная		5 (ГОСТ 6709–72)
	водопроводная
	Водопроводная кипяченая
	Шадринская
	Люкс вода

Заключение

В ходе проведения исследований нами измерено солесодержание шести типов воды. Водопроводная вода соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.1074–01 по солесодержанию. После кипячения ее солесодержание незначительно снижается. Наименьшим солесодержанием из исследованных питьевых вод, купленных в магазинах города, характеризуется Люкс вода - 120 мг/л. Эта вода по солесодержанию относится к столовой и может использоваться в питьевых целях ежедневно.

Литература:

1. Таубе П. Р., А. Г. Баранова Химия и микробиология воды. - М. Высш. шк., 1983. - 280 с.
2. Андруз Дж. Введение в химию окружающей среды / Дж. Андруз, П. Бримблекумб, Т. Джикелз, П. Лисс; Пер. с англ. А. Г. Заварзиной; Под ред. Г. А. Заварзина. - М.: Мир, 1999. - 271 с.
3. СанПиН 2.1.4.1074–01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения. - М.: Информационно-издательский центр Минздрава России. - 2002.
http://www.narzanwater.ru/?home=1 Дата обращения 07.09.2015.
4. Электронный ресурс: http://l-w.ru/poleznoe_o_vode/o_vode/ Дата обращения 07.09.2015.

Наиболее ценные сведения о влиянии низких концентраций кальция в питьевой воде на целую популяцию людей были получены в исследованиях, проведенных в советском городе Шевченко (ныне Актау, Казахстан), где в системе городского водоснабжения применялись опреснительные установки (источник воды - Каспийское море). У местного населения отмечались снижение активности щелочной фосфатазы , снижение концентрации кальция и фосфора в плазме и усиление декальцификации костной ткани. Эти изменения были наиболее заметны у женщин, особенно беременных, и зависели от продолжительности проживания в Шевченко. Необходимость наличия кальция в питьевой воде также подтверждается в однолетнем эксперименте на крысах, которых обеспечили полностью адекватной диетой с точки зрения питательных веществ и солей, но поили дистиллированной водой, в которую добавляли 400 мг/л не содержащих кальция солей и одну из этих концентраций кальция: 5 мг/л, 25 мг/л или 50 мг/л. У крыс, получавших воду с 5 мг/л кальция, было обнаружено снижение функциональности гормонов щитовидной железы и других связанных функций по сравнению с остальными участвовавшими в эксперименте зверьками.

Считается, что общее изменение состава питьевой воды сказывается на здоровье человека через много лет, а понижение концентрации кальция и магния в питьевой воде отражается на самочувствии практически мгновенно. Так, жители Чехии и Словакии в 2000-2002 годах начали активно использовать системы обратного осмоса в своих квартирах для доочистки городской воды. В течение нескольких недель или месяцев на местных врачей нахлынул поток пациентов с жалобами, указывающими на острый дефицит магния (и, возможно, кальция): сердечно-сосудистые расстройства, усталость, слабость и мышечные судороги.

3. Риск возникновения дефицита жизненно важных веществ и микроэлементов при употреблении низкоминерализованной воды.

Хотя питьевая вода, за редким исключением, не является основным источником жизненно важных элементов для человека, она может вносить значительный вклад в поступление их в организм по нескольким причинам. Во-первых, пища многих современных людей - довольно бедный источник минеральных веществ и микроэлементов. В случае пограничного дефицита какого-нибудь элемента даже относительно низкое его содержание в потребляемой питьевой воде может играть соответствующую защитную роль. Это связано с тем, что элементы обычно присутствуют в воде в виде свободных ионов и поэтому легче усваиваются из воды по сравнению с продуктами питания, где они, в основном, находятся в составе сложных молекул.

Исследования на животных также иллюстрируют значимость микродостаточности некоторых элементов, присутствующих в воде. Так, согласно данным В. А. Кондратюка, незначительное изменение концентрации микроэлементов в питьевой воде резко влияет на их содержание в мышечной ткани. Эти результаты были получены в 6-месячном эксперименте, в котором крысы были рандомизированы на 4 группы. Первой группе давали водопроводную воду, второй - низкоминерализованную воду, третьей - низкоминерализованную воду с добавлением иодида, кобальта, меди, марганца, молибдена, цинка и фторида. Последняя группа получала низкоминерализованную воду с добавлением тех же элементов, но в десять раз более высокой концентрации. Было обнаружено, что низкоминерализованная вода влияет на процесс кроветворения. У зверьков, получавших обессоленную воду, среднее содержание гемоглобина в эритроцитах было на 19% ниже по сравнению с крысами, которым давали водопроводную воду. Различия в содержании гемоглобина были еще выше по сравнению с животными, получавшими минеральную воду.

Недавние эпидемиологические исследования в России, проводившиеся среди групп населения, проживающих в районах с различающейся по солесодержанию водой, свидетельствуют о том, что низкоминерализованная питьевая вода может приводить к гипертонии и ишемической болезни сердца, язве желудка и двенадцатиперстной кишки, хроническому гастриту, зобу, осложнениям беременности и ряду осложнений у новорожденных и младенцев, включая желтуху, анемию, переломы и нарушения роста. Впрочем, исследователи отмечают, что для них осталось непонятным, оказывает ли такое влияние на здоровье именно питьевая вода, или же всё дело в общей экологической обстановке в стране.

Отвечая на этот вопрос, Г. Ф. Лутай провел крупное когортное эпидемиологическое исследование в Усть-Илимском районе Иркутской области в России. В исследовании основное внимание было уделено заболеваемости и физическому развитию 7658 взрослых, 562 детей и 1582 беременных женщин и их новорождённых детей в двух районах, снабжаемых водой, различающейся по общей минерализации. Вода в одном из этих районов имела общее солесодержание 134 мг/л, из них кальция 18.7 мг/л, магния 4.9 мг/л, гидрокарбонатов 86.4 мг/л. В другом районе общая минерализация воды составляла 385 мг/л, из них кальция 29.5 мг/л, магния 8.3 мг/л и гидрокарбонатов 243.7 мг/л. Определяли также содержание сульфатов, хлоридов, натрия, калия, меди, цинка, марганца и молибдена в воде. Население этих двух районов не отличалось друг от друга по социальным и экологическим условиям, времени проживания в соответствующих областях, пищевым привычкам. Среди населения района с менее минерализованной водой были выявлены более высокие показатели заболеваемости зобом, гипертонией, ишемической болезнью сердца, язвой желудка и двенадцатиперстной кишки, хроническим гастритом, холециститом и нефритом. Дети, живущие в этом районе, демонстрировали более медленное физическое развитие, проявление аномалий роста. Беременные женщины чаще страдали от отёков и анемии. Новорожденные этой местности были больше подвержены заболеваниям. Самая низкая заболеваемость отмечалась в районах с гидрокарбонатной водой, имеющей общую минерализацию около 400 мг/л и содержащей 30-90 мг/л кальция и 17-35 мг/л магния. Автор пришел к выводу, что такую воду можно считать физиологически оптимальной.

4. Вымывание полезных веществ из пищи, приготавливаемой на низкоминерализованной воде.

Было установлено, что при использовании для приготовления пищи умягчённой воды происходит значительная потеря продуктами питания (мясо, овощи, крупы) микро- и макроэлементов. Из продуктов вымывается до 60% магния и кальция, 66% меди, 70% марганца, 86% кобальта. С другой стороны, когда для приготовления пищи используется жёсткая вода, потери этих элементов снижаются.

Поскольку большинство питательных веществ поступает в организм с пищей, использование низкоминерализованной воды для приготовления пищи и переработки пищевых продуктов может привести к заметному дефициту некоторых важных микро- и макроэлементов. Нынешнее меню большинства людей обычно не содержит всех необходимых элементов в достаточных количествах, и поэтому любой фактор, который приводит к потере основных минеральных и питательных веществ в процессе приготовления пищи, дополнительно усугубляет ситуацию.

5. Возможное увеличение поступления в организм токсичных веществ.

Низкоминерализованная, а особенно деминерализованная вода чрезвычайно агрессивна и способна выщелачивать тяжёлые металлы и некоторые органические вещества из материалов, с которыми контактирует (трубы, фитинги, ёмкости для хранения). Кроме того, кальций и магний, содержащиеся в воде, обладают в какой-то мере антитоксическим действием. Их отсутствие в питьевой воде, которая ещё и по медным трубам попала в вашу оловянную кружку, запросто приведёт к отравлению тяжёлыми металлами.

Среди восьми случаев интоксикации питьевой водой, зарегистрированных в США в 1993-1994 годах, было три случая отравления свинцом у младенцев, в крови которых обнаружились превышения свинца в 1.5, 3.7 и 4.2 раза соответственно. Во всех трёх случаях свинец выщелачивался из пропаянных свинцовым припоем швов в резервуарах для хранения питьевой обратноосмотической воды, на которой разводили детское питание.

Известно, что кальций и, в меньшей степени, магний обладают антитоксической активностью. Они предотвращают абсорбцию в кровь из кишечника ионов тяжёлых металлов, таких как свинец и кадмий, путём конкуренции за сайты связывания. Хотя этот защитный эффект ограничен, его нельзя отбрасывать. В то же время, другие токсичные вещества могут вступать в химическую реакцию с ионами кальция, образуя нерастворимые соединения и, таким образом, теряя своё токсическое действие. Население в районах, снабжаемых низкоминерализованной водой, может подвергаться повышенному риску отравления токсическими веществами по сравнению с населением в регионах, где применяется обычная жёсткая вода.

6. Возможное бактериальное загрязнение низкоминерализованной воды.

Этот пункт в оригинальной статье немножко притянут за уши, но всё же. Любая вода подвержена бактериальному загрязнению, именно поэтому в трубопроводах держат минимальную остаточную концентрацию дезинфектантов - например, хлора. Известно, что обратноосмотические мембраны способны удалять из воды практически все известные бактерии. Тем не менее, обратноосмотическую воду тоже необходимо дезинфецировать и держать в ней остаточную концентрацию дезинфецирующего вещества, чтобы избежать вторичного заражения. Показателен пример вспышки брюшного тифа, вызванной водой, обработанной обратным осмосом, в Саудовской Аравии в 1992 году. Там решили отказаться от хлорирования обратноосмотической воды, ведь она, по идее, была заведомо стерилизована обратным осмосом. Чешский национальный институт общественного здравоохранения в Праге испытал продукты, предназначенные для контакта с питьевой водой, и обнаружил, например, что напорные ёмкости бытовых установок обратного осмоса подвержены бактериальному разрастанию.

1. Согласно докладу ВОЗ 1980 года (Сидоренко, Рахманин).

Питьевая вода с низкой минерализацией приводит к вымыванию солей из организма. Поскольку побочные эффекты, такие как нарушение водно-солевого обмена, наблюдались не только в экспериментах с полностью деминерализованной водой, но и при использовании низкоминерализованной воды с общим солесодержанием в диапазоне от 50 до 75 мг/л, группа Ю. А. Рахманина в своём отчёте для ВОЗ рекомендовала установить нижнюю планку по общей минерализации питьевой воды на уровне 100 мг/л. Оптимальный же уровень солесодержания питьевой воды, согласно этим рекомендациям, должен составлять около 200-400 мг/л для хлоридно-сульфатных вод и 250-500 мг/л для гидрокарбонатных вод. Рекомендации были основаны на обширных экспериментальных исследованиях, проведенных на крысах, собаках и добровольцах из числа людей. В экспериментах использовали московскую водопроводную воду; опреснённую воду, содержащую приблизительно 10 мг/л солей; лабораторно подготовленную воду, содержащую 50, 100, 250, 300, 500, 750, 1000 и 1500 мг/л растворённых солей со следующим ионным составом:

• среди всех анионов хлоридов 40%, гидрокарбонат-анионов 32%, сульфатов 28%;
• среди всех катионов натрия 50%, кальция 38%, магния 12%.

Был изучен целый ряд параметров: динамика массы тела, базального метаболизма; активность ферментов; водно-солевой баланс и его регуляторная система; содержание минеральных веществ в тканях и жидкостях организма; гематокрит и активность вазопрессина. Итоговая оптимальная минерализация была выведена на основе данных по воздействию воды на организм человека и животных с учётом органолептических свойств, способности утолять жажду и уровня коррозионной активности по отношению к материалам систем водоснабжения.

В дополнение к уровню общей минерализации в этом докладе обосновывается минимальное содержание кальция в питьевой воде - не ниже 30 мг/л. Это требование было введено после изучения критических эффектов, возникающих в результате гормональных изменений в метаболизме кальция и фосфора и снижении минерализации костной ткани при употреблении лишённой кальция воды. В отчёте также рекомендуется поддерживать содержание гидрокарбонат-анионов на уровне 30 мг/л, что способствует сохранению приемлемых органолептических характеристик, снижению коррозионной активности и созданию равновесной концентрации для рекомендуемой минимальной концентрации кальция.

Более поздние исследования привели к появлению уточнённых требований. Так, в одном из них изучалось влияние питьевой воды, содержащей различную концентрацию солей жёсткости, на состояние здоровья женщин в возрасте от 20 до 49 лет в четырех городах Южной Сибири. Вода в городе A имела самое низкое содержание этих элементов (3.0 мг/л кальция и 2.4 мг/л магния). Вода в городе B была более жёсткой (18.0 мг/л кальция и 5.0 мг/л магния). Самая высокая жёсткость отмечалась в городах C (22.0 мг/л кальция и 11.3 мг/л магния) и D (45.0 мг/л кальция и 26.2 мг/л магния). У женщин, живущих в городах A и B, чаще диагностировались заболевания сердечно-сосудистой системы (данные получены с помощью ЭКГ), более высокое кровяное давление, соматоформные вегетативные дисфункции , головная боль, головокружение и остеопороз (данные получены с помощью рентгеновской абсорбциометрии) по сравнению с таковыми в городах C и D. Эти результаты показывают, что минимальное содержание магния в питьевой воде должно составлять 10 мг/л, а минимальное содержание кальция можно уменьшить до 20 мг/л (по сравнению с рекомендациями ВОЗ 1980 года).

Исходя из имеющихся в настоящее время данных, различные исследователи пришли, в итоге, к таким рекомендациям касательно оптимальной жёсткости питьевой воды:

А. магний - не менее 10 мг/л, оптимально около 20-30 мг/л;
б. кальций - не менее 20 мг/л, оптимально 40-80 мг/л;
в. их сумма (общая жёсткость) - 4-8 мг-экв/л.

При этом, магний ограничивается снизу по своему влиянию на сердечно-сосудистую систему, а кальций - как компонент костей и зубов. Верхний предел оптимального диапазона жёсткости установили, исходя из опасений возможного влияния жёсткой воды на возникновение мочекаменной болезни.

Влияние жёсткой воды на образование камней в почках

Содержащиеся в моче растворённые вещества при некоторых определённых условиях могут кристаллизоваться и откладываться на стенках почечных чашек и лоханки, в мочевом пузыре, а также других органах мочевыделительной системы.

По химическому составу различают несколько видов мочевых конкрементов, однако, в связи с жёсткостью воды интересны, в основном, фосфаты и оксалаты. При нарушении фосфорно-кальциевого метаболизма или в случае гипервитаминоза витамина D могут формироваться фосфатные камни. Повышенное содержание в пище солей щавелевой кислоты - оксалатов - может привести к появлению оксалатных конкрементов. И оксалат, и фосфат кальция нерастворимы в воде. Кстати, оксалатов много не только в щавеле, но и в цикории, петрушке, свёкле. А ещё оксалаты синтезируются организмом.

Влияние жёсткости воды на образование мочевых конкрементов трудно определить. В большинстве исследований, оценивающих влияние жёсткости воды на появление и развитие мочекаменной болезни (уролитиаз), используются данные медицинских стационарных учреждений. В этом смысле исследование, проведённое Schwartz et al. , значительно отличается тем, что все данные были собраны в амбулаторных условиях, при этом пациенты оставались в естественной среде и занимались своими обычными делами. В этой работе представлена самая большая когорта пациентов на сегодняшний день, что позволяет оценить влияние жёсткости воды на различные компоненты мочи.

Учёные обработали обширный материал. Агенство по охране окружающей среды США (EPA) предоставило информацию о химическом составе питьевых вод на территории США с географической привязкой. Эти сведения объединялись с национальной базой данных амбулаторных лиц, страдающих мочекаменной болезнью (там содержится почтовый индекс пациента, поэтому географическая привязка оказалась возможной). Таким образом были идентифицированы 3270 амбулаторных пациента с кальциевыми конкрементами.

В сознании большинства людей повышенная жёсткость воды является синонимом повышенного риска развития мочекаменной болезни (камни в почках - частный случай мочекаменной болезни). Содержание минеральных веществ, и особенно кальция, в питьевой воде, по-видимому, многими людьми воспринимается как угроза здоровью.

Несмотря на эти распространенные опасения по поводу жёсткости воды, никакие исследования не подтверждают предположение, что употребление жёсткой воды увеличивает риск образования мочевых конкрементов.

Sierakowski et al. изучили 2302 медицинских заключения из стационарных больниц, разбросанных по всей территории США, и обнаружили, что у пациентов, которые жили в районах, снабжаемых жёсткой водой, риск возникновения мочекаменной болезни был ниже. Аналогичным образом, в цитируемой работе было установлено, что жёсткость питьевой воды обратно пропорциональна заболеваемости мочекаменной болезнью.

В приводимом исследовании количество эпизодов мочекаменной болезни было несколько выше у пациентов, проживающих в районах с более мягкой водой, что согласуется с данными других авторов, но противоречит общественному восприятию. Известно, что в некоторых случаях, например, у лиц, страдающих гиперкальциурией , повышенное пероральное потребление кальция может усугубить образование мочевых камней. У пациентов с гипероксалурическим кальциевым нефролитиазом повышенное пероральное введение кальция, наоборот, способно успешно ингибировать образование камней путём связывания солей щавелевой кислоты кальцием в кишечнике и, таким образом, ограничивая поступление оксалатов в мочевыделительную систему. Поступление кальция с питьевой водой потенциально может оказывать ингибирующее действие на образование кальциевых мочевых конкрементов у одних пациентов и способствовать образованию камней у других. Эта теория была проверена в работе Curhan et al., в ходе которой оценивалось влияние потребления кальция у 505 пациентов с повторным камнеобразованием. После 4 лет наблюдения в группе пациентов, принимавших кальций, отмечалось наименьшее число эпизодов появления мочевых камней. Исследователи пришли к выводу, что высокое потребление кальция с пищей снижает риск симптоматической мочекаменной болезни.

Несмотря на озабоченность населения потенциальным литогенезом жёсткой водопроводной воды, существующие научные данные свидетельствуют о том, что между жёсткостью воды и распространённостью образования камней в моче не существует никакой связи. Похоже, что существует корреляция между жёсткостью воды и уровнем кальция, цитрата и магния в моче, но значение этого неизвестно.

Кстати, автор приводит интересное сопоставление: потребление одного стакана молока может быть эквивалентно двум литрам водопроводной воды по содержанию кальция. Так, согласно данным Министерства сельского хозяйства США (USDA), 100 г молока содержит 125 мг кальция . То же самое количество воды из городского водопровода содержит лишь около 4-10 мг кальция.

Заключение

Питьевая вода должна содержать минимальные концентрации некоторых необходимых минеральных веществ. К сожалению, полезным свойствам питьевой воды всегда уделялось слишком мало внимания. Основной упор делался на токсичность неочищенной воды. Результаты исследований, проведённых в последнее время и направленных на установление оптимального минерального состава питьевой воды, должны быть услышаны не только государственными и частными структурами, отвечающими за водоснабжение целых городов, но и обычными людьми, злоупотребляющими системами водоочистки у себя дома.

Питьевая вода, производимая опреснительными установками в промышленных масштабах, обычно реминерализируется, но в домашних условиях минерализация обратноосмотической воды, как правило, не производится. Однако, даже при минерализации опреснённых вод их химический состав может оставаться неудовлетворительным с точки зрения потребностей организма. Да, в воду могут добавить соли кальция, но в ней при этом не будет других необходимых микроэлементов - фтора, калия, иода. Кроме того, опреснённая вода минерализируется больше из технических соображений - чтобы снизить её коррозионную активность, а о важности растворённых в воде веществ для здоровья человека обычно не задумываются. Ни один из применяемых способов реминерализации опреснённой воды не может считаться оптимальным, так как в воду при этом добавляется только очень узкий набор солей.

Влияние жёсткой воды на образование камней в почках научно не подтверждено. Есть опасения, что повышенное потребление солей щавелевой кислоты или фосфатов совместно с кальцием может приводить к кристаллизации в органах мочевыделительной системы нерастворимых кальциевых солей фосфорной или щавелевой кислот, однако организм здорового человека, согласно существующим научным данным, не подвержен такому риску. В зоне риска могут находиться лица, страдающие заболеваниями почек, гипервитаминозом витамина D, нарушениями фосфорно-кальциевого, оксалатного, цитратного метаболизмов или употребляющие в пищу значительные количества солей щавелевой кислоты. Установлено, например, что здоровый организм без всяких последствий для себя способен перерабатывать до 50 мг оксалатов на 100 г пищи, однако один только шпинат содержит оксалатов 750 мг/100 г, поэтому в зоне риска могут оказаться вегетарианцы.

В целом, деминерализованная вода не менее вредна, чем сточные воды, и в XXI веке давно пора отойти от нормирования показателей качества воды только сверху. Теперь необходимо установить также и нижние границы содержания минеральных веществ в питьевой воде. Физиологически оптимален лишь узкий коридор концентраций и состава питьевых вод. Имеющуюся в настоящее время информацию по этому вопросу можно представить в виде таблицы.

Таблица 1. Оптимальная минерализация питьевой воды

Элемент	Единицы измерения	Минимальное содержание	Оптимальный уровень	Максимальный уровень, СанПиН 2.1.4.1074-01 или *рекомендация ВОЗ
Общая минерализация	мг/л	100	250-500 для гидрокарбонатных вод 200-400 для хлоридно-сульфатных вод	1000
Кальций	мг/л	20	40-80	-
Магний	мг/л	10	20-30	- Добавить метки

Под общей минерализацией подразумевают сумму растворенных в воде частиц. Максимальной растворимостью обладают соли, которые под действием молекул воды распадаются на ионы (диссоциируют).

Показатель общей минерализации воды отображает содержание в ней солей, среди которых наиболее представлены соединения натрия, калия, кальция, магния и остатков соляной, угольной, серной кислот.

Где используется?

Величина общей минерализации используется постоянно и повсеместно для характеристики состава воды. От суммарной концентрации растворенных солей зависят ее вкусовые качества, физиологические свойства. На этом, в частности, основано действие целебных вод на бальнеологических курортах. В повседневной практике показатель отражает особенности воды каждого региона, степень природной чистоты, эффективности очистки.

Общая минерализация сточных вод – величина, информирующая об эффективности работы очистных сооружений на предприятиях.

Для расфасованной воды первой категории нормативная величина составляет 1000 мг/л. В бутилированной воде высшей категории значение суммарной концентрации растворенных солей должно быть меньшим: от 200 мг/л до 500 мг/л.

В СанПиН, также как в некоторых других источниках, термины «общая минерализация» и «сухой остаток» считаются синонимами. Строго говоря, это не совсем правомерно. Методика определения сухого остатка основана на выпаривании растворителя. При нагревании гидрокарбонат разрушается с выделением углекислого газа, превращается в анион карбоната. Следовательно, между показателями суммарной минерализации и количеством сухого остатка всегда имеется небольшая разница.

Общую минерализацию рассчитывают складыванием всех концентраций ионов, полученных при стандартных анализах по ГОСТам. Метод определения данного показателя арифметический. Полученное значение будет отличаться от значения сухого остатка на небольшую величину, равную половине концентрации карбонатных анионов.

Иногда говорят о присутствии в показателе суммарной концентрации ионов незначительного количества органических веществ. Это не соответствует истине. Показатель минерализации включает соединения минерального происхождения. Органические соединения к таковым не относятся.

Влияние на здоровье человека

Большинству потребителей нравится вкус воды, содержащей около 600 мг/л солей. Привязанности, привычки людей отличаются. В регионах, где вода всегда имела повышенную или пониженную минерализацию происходит адаптация вкуса. Население считает ее вполне нормальной, даже вкусной. Тем не менее, концентрации, превышающие 1000 мг/л, ВОЗ считает неприемлемыми. Показатели, равные 1200 мг/л вызывают присутствие горечи. Такая вода большинству населения не нравится.

Обсуждая вопрос о физиологической важности солевого состава воды, следует указать, что из этого источника в организм человека попадает не более 7 % требуемых минеральных веществ. Этот путь насыщения организма полезными элементами важен, но решающего значения не имеет.

Источники загрязнения

Минеральные составляющие поступают в воду из грунта, состав которого специфичен для каждой местности. Заметный вклад в увеличение концентрации солей могут внести плохо очищенные стоки промышленных предприятий. Для полного обеспечения ежесуточной потребности человека в воде имеет смысл приобретать бутилированную продукцию, с хорошими вкусовыми качествами.

Защитите себя от всех рисков и воспользуйтесь службой Аква Маркета.