Средняя минерализация воды. Лекция:классификации вод по минерализации. терминология. Что такое pH

Известное выражение диетологов: «Мы есть то, что мы едим» можно перефразировать в отношении воды. Наше здоровье напрямую зависит от того, что мы пьем. К сожалению, качество питьевой воды вызывает серьезную обеспокоенность во всем мире. Состояние водопроводных систем заставляет все чаще прибегать к установке мощных фильтров или к употреблению покупной бутилированной воды. Какую воду мы называем минеральной? Как влияет минерализация вод на здоровье человека?

Какая вода может называться минеральной?

Обычную питьевую воду, которую мы набираем из-под крана, или покупаем в бутылях, тоже можно считать, в некоторой степени, минеральной. В ней тоже в разных пропорциях присутствуют соли и различные химические элементы. И все-таки под определенным названием принято подразумевать воду, насыщенную полезными органическими веществами в разной степени концентрации. Основным показателем, определяющим химический состав основного источника жизни, его пригодность для питья, является общая минерализация воды или, по-другому, сухой остаток. Это показатель количества органических веществ в одном литре жидкости (мг/л).

Источники минерализации

Минерализация вод может происходить как естественным природным путем, так и промышленным, искусственно. В природе подземные реки принимают в свой состав ценные соли, микроэлементы и прочие частицы из пород, по которым они проходят.

Чистые питьевые источники, увы, стали редкостью. Человечество все чаще вынуждено применять специальные установки для их очистки от загрязнений вредными веществами. Современные методы фильтрации могут извлечь пригодную для употребления воду практически из любой жидкости. В результате применения таких технологий она порой становится почти дистиллированной и тоже вредной для постоянного использования в пищу. Искусственно очищенная вода проходит повторную минерализацию и наполняется необходимым составом уже ненатуральным способом.

Степень минерализации воды

Вода с показателем сухого остатка ниже 1000 мг/л считается пресной, такой показатель большинства рек и озер. Именно этот порог считается наивысшим для питьевой воды, на этом пределе человек не ощущает дискомфорта и неприятного соленого или горького вкуса. Минерализация воды выше 1000 мг/л, кроме того, что меняет ее вкус, понижает способность утолять жажду, и порой оказывает вредное воздействие на организм.

Ниже 100 мг/л - низкая степень минерализации. Такая вода имеет неприятный вкус, вызывает нарушения в обмене веществ при длительном ее употреблении.

Учеными бальнеологами выведен оптимальный показатель насыщенности органическими веществами - от 300 до 500 мг/л. Сухой остаток от 500 до 100 мг/л считается повышенным, но допустимым.

Потребительские свойства воды

По своим потребительским свойствам воду следует разделить на пригодную для ежедневного употребления, и ту, которая используется в лечебно-профилактических целях.

1. Очищенная искусственным путем от всех веществ вода пригодна для питья и приготовления пищи. Вреда большого она не принесет, кроме того, что не принесет абсолютно никакой пользы. Те, кто, боясь инфекций, употребляет только такую жидкость, рискуют получить дефицит полезных солей и минералов. Пополнять их придется искусственно.
2. Столовая вода - самая благоприятная для ежедневного употребления, очищенная от грязи и вредных примесей и умеренно напитанная всем необходимым.
3. Лечебно-столовые воды уже отличаются приставкой «лечебно». Принимают их как лекарство или для профилактики. То есть пить их можно всем, но умеренно и не постоянно, а вот для приготовления пищи использовать нельзя.
4. Сугубо лечебные минводы обычно принимают только по назначению врача, в большинстве случаев как процедуру на бальнеологическом курорте. Высокая минерализация воды делает ее употребление неприемлемым в широком кругу.

Классификация воды по составу

В обществе минеральной принято называть лечебные и лечебно-столовые растворенных в них органических веществ, минералов и газов значительно отличается и зависит от места нахождения источника. Основная характеристика воды - ее ионный состав, в общий перечень которого входит около 50 различных ионов. Основная минерализация вод представлена шестью основными элементами: катионами калия, кальция, натрия и магния; анионами хлорида, сульфата и гидрокарбоната. По преобладанию тех или иных элементов и делят минводы на три большие основные группы: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные.

В большинстве случаев в чистом виде отдельная группа воды представлена в природе редко. Чаще всего встречаются источники смешанного типа: хлоридно-сульфатные, сульфатно-гидрокарбонатные и т.д. В свою очередь, группы делятся на классы по преобладанию тех или иных ионов. Есть воды кальциевые, магниевые или смешанные.

Просто пей и будь здоров

Минерализация вод широко используется в медицинских целях, как для внутреннего применения, так и для наружного, в виде ванн и других водных процедур.

• Гидрокарбонатные воды применяют для лечения и профилактики заболеваний органов пищеварения, связанных с повышенной кислотностью. Они помогают избавиться от изжоги, очищают организм от песка и камней.
• Сульфаты также стабилизируют работу кишечника. Основная область их воздействия - печень, желчные пути. Рекомендуют лечение такими водами при сахарном диабете, ожирении, гепатите, непроходимости желчных путей.
• Наличие хлоридов устраняет расстройства желудочно-кишечного тракта, стабилизирует работу желудка и поджелудочной железы.

Высокой минерализации может нанести и заметный ущерб здоровью, если применять ее неправильно. Человеку с проблемами пищеварения и обмена веществ следует принимать эти природные лекарства по назначению и под контролем медперсонала.

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.

Это количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Его еще называют содержанием твердых веществ или общим солесодержанием, так как вещества растворенные в воде находятся в виде солей. Наиболее распространенные неорганические соли (бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и маленькое количество органических веществ, растворимых в воде. Общую минерализацию путают с сухим остатком. На самом деле, эти параметры очень близки, но методы их определения разные. При определении сухого остатка, не учитываются более летучие органические соединения, растворенные в воде. В результате общая минерализация и сухой остаток могут отличаться на величину этих летучих соединений (как, правило, не более 10%). Уровень солесодержания в питьевой воде обусловлен качеством воды в природных источниках (которые существенно варьируются в разных геологических регионах вследствие различной растворимости минералов).

По общем минерализации воды делятся на следующие категории:

Кроме факторов, обусловленных природой, на общую минерализацию воды большое влияние оказывает человек: сточные воды промышленности, городские ливневые стоки (Соль используется зимой в качестве антиобледенителя) и т.п. По данным Всемирной Организации Здравоохранения достоверная информация о воздействии повышенного солесодержания на здоровье отсутствует. По медицинским показаниям ВОЗ ограничения не вводит. Как правило нормальным вкус воды считается при общей минерализации до 600 мг/л, при солесодержании более 1000-1200 мг/л вода может вызвать нарекания у потребителей. В связи с этим ВОЗ по органолептическим показаниям рекомендует предел общей минерализации в 1000 мг/л. Данный уровень может изменяться в зависимости от сложившихся привычек и местных условий. На сегодняшний день в развитых странах люди употребляют воду с низким солесодержанием - воду, очищенную технологией обратного осмоса. Такая вода наиболее чистая и безвредная, она широко используется в пищевой промышленности, изготовление бутилированной воды и т.п. Подробнее о минеральных веществах и воде читайте в статье: Вода и минеральные вещества. Отдельная тема величина минерализации при отложении накипи и осадков в котельном, бойлерном и сантехническом оборудовании. В этом случае к воде применяются специальные требования, и чем меньше уровень минерализации (особенно содержание солей жесткости), тем лучше.

Жесткость

Свойство воды, определенное наличием солей кальция и магния в растворенном виде.

Химия жесткости воды

Принято жесткость воды принято ассоциировать с катионами кальция (Са2+) и в меньшей степени магния (Mg2+). На самом деле, все двухвалентные катионы влияют на жесткость воды. Осадок и накипь (соли жесткости) образуются в результате взаимодействия катионов двухвалентных с анионами. Натрий Na+ - одновалентный катион не взаимодействует с анионами.

Приведем главные катиониты металлов, с которыми они ассоциируются и вызывают жесткость.

Железо, марганец и стронций оказывают на жесткость не большое влияние по сравнению с кальцием и магнием. Растворимость Алюминия и трехвалентного Железа маленькая при уровне pH природной воды, поэтому их влияние на жесткость воды также небольшое.

В основном определяется концентрациями отдельных катионов (в частности, Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na +) и анионов (в частности, Cl - , SO 4 2- , HCO 3 -). Кроме того, есть более общие характеристики, производные от некоторых индивидуальных концентраций - например, общая жесткость и щелочность воды.

Существует и еще более обобщенный показатель - сухой остаток (общая минерализация) воды, т.е. суммарное количество веществ, растворенных в единице объема воды. В принципе, сухой остаток (общая минерализация) определяется содержанием как неорганических (минеральных), так и органических веществ в воде. Однако, в норме концентрация органических соединений в воде пренебрежимо мала, поэтому с достаточной точностью величину сухого остатка (общей минерализации) можно считать равной сумме концентраций неорганических катионов и анионов.

Общая минерализация питьевой воды

Понятия «сухой остаток» и «общая минерализация» часто считают тождественными. Это с связано с тем, что такой интегральный показатель, как суммарное количество растворенных веществ, можно точно вычислить, лишь зная концентрации всех индивидуальных ингредиентов (ионов). Поскольку на практике это далеко не всегда возможно, широко практикуется определение сухого остатка, измеряемого гравиметрическим методом (взвешиванием) после упаривания воды.

Полученные значения, однако, часто оказываются гораздо более низкими, чем арифметическая сумма индивидуальных концентраций. Связано это с термическим разложением гидрокарбонат-ионов с выделением углекислого газа. Поэтому самые значительные расхождения межде величинами сухого остатка и вычисляемой общей минерализацией (TDS - total dissolved solids) наблюдаются для вод с высокой щелочностью, т.е. с высоким содержанием гидрокарбонат-ионов.

Разумеется, сухой остаток (общая минерализация) — гораздо менее информативный показатель, нежели данные полного химического анализа питьевой воды. В то же время, он позволяет получить обобщенное представление о качестве питьевой воды. В первую очередь, о ее органолептических свойствах:

• слишком высокие (более 1 г/л) значения сухого остатка (общей минерализации) свидетельствуют о том, что такая вода хуже утоляет жажду. Кроме того, вода с очень высокой минерализацией может иметь соленый или горький привкус;
• вода с очень низкой минерализацией (величина сухого остатка менее 100 мг/л) также может быть неприятна на вкус и небезопасна при постоянном употреблении. Такая вода обычно характеризуется очень низкой жесткостью, т.е. низкими концентрациями ионов кальция и магния, что является значимым фактором риска для развития заболеваний сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата.

С другой стороны, вода с очень низкой минерализацией (величина сухого остатка менее 100 мг/л) также может быть неприятна на вкус и небезопасна при постоянном употреблении. Такая вода обычно характеризуется очень низкой жесткостью, т.е. низкими концентрациями ионов кальция и магния, что является значимым фактором риска для развития заболеваний сердечно-сосудистой системы и опорно-двигательного аппарата.

На основании результатов многочисленных научных исследований, как эпидемиологических, так и экспериментальных, установлен оптимальный уровень сухого остатка (общей минерализации) питьевой воды — 200-500 мг/л. Вода, минерализованная на уровне до 1000 мг/л, считается качественной, пригодной для питья и приготовления пищи без ограничений. Вода с более высокой минерализацией относится к минеральным водам, употребление которых связано с определенными показаниями и ограничениями.

Для нормализации минерального состава питьевой воды, в том числе для получения питьевой воды с оптимальным значением сухого остатка (общей минерализации) можно использовать минеральные добавки серии «Северянка». Дополняя питьевую воду солями кальция, магния, калия, гидрокарбонат-ионами и другими жизненно важными ингредиентами, «Северянка» оптимизирует значение сухого остатка (общей минерализации) питьевой воды.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОД ПО ВЕЛИЧИНЕ МИНЕРАЛИЗАЦИИ. Все природные воды содержат то или иное количество солей. Наблюдаемый диапазон величин минерализации вод в природе чрезвычайно велик. Так,средняя минерализация ат­мосферных осадков на севере всего 10 мг/л. Минерализация снега в Антарктиде еще ниже -1 - 1,5 мг/л. В то же время минерализация рассолов выражается часто первыми сотнями граммов в литре. Минерализация уникальных по химическо­му составу подземных рассолов Ангаро-Ленского бассейна достигает 500-600 г/л.

Минерализацию пресных вод принято выражать в мг/л или г/л, соленых вод и рассолов в г/л или г/кг. В нефтяной гидрогеологии минерализацию иногда выражают в г-экв/л или г-экв/л.

Существует несколько классификации вод по величине минерализации, в которых, в зависимости от практического назначения или из других соображений, выделяются различ­ные градации минерализации.

Классификация В.И.Вернадского считается простой с значениями:

пресные до 1 г/дм .

соленые 1 – 50 г/дм .

рассолы более 50 г/дм .

По В.А.Приклонскому классификация следующая:

пресные до 1 г/дм .

соленые 1 – 32 г/дм .

средне минерализованная 3 - 10 г/дм .

В стандарте МЕСТ 41-05-263-86 минерализация показана в таблице 3.

Классификация подземных вод по минерализации.

Таблица 3

О. А. Алекин, округляя различные предложенные той или иной классификацией пределы, намечает следующее деление вод по величине минерализа­ции:

О. А. Алекин указывает, что область пресных вод, уста­новленная до 1 г/кг, основана на восприятии человеком вкуса солености при сумме ионов в воде свыше 1 г/кг. Граница 25 г/кг между солоноватыми водами и водами морской соле­ности установлена на том основании, что примерно по этой же минерализации температура замерзания и максимальная плотность воды совпадают. Граница между водами морской солености и солеными водами установлена потому, что в мо­рях не наблюдается соленость свыше 50 г/кг.

В гидрогеологии пользуетеся популярностью классифи­кация А. М. Овчинникова:

Ультрапресные пресные менее 0,2 г/л;

воды с относительно 0,2-0,5 г/л;

по­вышенной минерализацией 0,5-1,0 г/л;

солоноватые 1,0-3,0 г/л;

соленые 3,0-10,0 г/л;

воды повышенной соленостью 10,0-35,0 г/л

Для аридного Казахстана С.Ж.Сыдыков предлагает классификацию

Е. В Пиннекер рассолы по минерализации делит на четыре группы, которые различаются по химическому соста­ву, объемному весу и другим признакам (табл. 4 дана классификация рассолов по величине минерализации).

Таблица 4

Между минерализацией и химическим составом воды ус­танавливается определенная закономерная зависимость: ми­нерализацию наименее минерализованных вод обусловливают слабо растворимые соли, а минерализацию высоко концен­трированных вод и рассолов - сильно растворимые соли. По­этому гпдросиликатные воды будут находиться в группе весь­ма пресных, гидрокарбонатные кальциевые воды, за исключе­нием углекислых газовых вод, всегда будут пресными, суль­фатные и сульфатно-хлоридные воды преимущественно соло­новатые и соленые, рассолы обычно относятся к хлоридному классу.

В химическом составе слабых и крепких рассолов резко доминируют ионы хлора и натрия. Весьма крепкие рассолы не могут образоваться без существенного участия хлоридов магния и хлоридов кальция, поскольку предельная раствори­мость NaCl в воде не превышает в обычных условиях 350 г/л. Предельно насыщенные рассолы образуются наиболее высоко-растворимыми хлоридными солями кальция и магния.

В природных условиях указанная закономерность иногда, нарушается. Встречаются хлоридные воды умеренной и даже низкой минерализации и, наоборот, гидросиликатные воды по­вышенной минерализации. Такого рода исключения называ­ются гидрохимическими аномалиями , они свидетельствуют о специфических условиях формирования данных вод.

Гидрогеохимическая терминалогия. Гидрогеохимия –наукатолько что возникшая и нет прочно остановившихся общеринятых терминов. Это прежде всего термин «минерализация», который в минералогии понимается как процесс отложения рудных и нерудных минералов.

В гидрогеохимии и гидрогеологии под минерализацией принято понимать сумму ионов, мо­лекул и различных соединений, содержащихся в водном раст­воре. Говоря о минерализации, имеется в виду состав всего комплекса химических веществ природной воды (диссоцииро­ванных, недиссоциированных, комплексных, коллоидных веществ). Разнобразие таких составов и определяют гидрогеохимическую терминалогию. Чтобы получить величину минерализации, обычно суммируют содержания ионов, присутствую­щих в химическом составе воды, хотя, строго говоря, минерализация и сумма ионов не идентичные понятия. Сумма ионов характеризует лишь диссоциированную часть химического состава воды. Вследствие того, что подавляющая часть растворенных в воде веществ находится обычно в диссоциированном состоянии (главнейшие ионы), вычисление сум­мы ионов, за исключением отдельных случаев, дает достаточ­но точное представление о минерализации воды.

В большинстве случаев суммирование определяемых ингредиентов дает более правильное представление о минерализации воды, чем сухой остаток.

Пределы минерализации по классификации Климентова даются вталице 5.

Таблица 5.

Ниже в таблице 6 даны значения степени минерализации и данные рН по Приклонскому и Лаптеву.

Таблица 6

В таблицах, кроме химических данных необходимо помещать следующие сведения: 1) обьект и его местоположение, 2) наименование водоносного горизонта и водоносной породы, дата отбора пробы воды (год, месяц, число). Резултаты анализа представляются в таблице в трех формах: миллиграммах (граммах) на литр, миллиграмм-эквивалентах на литр и процент-эквивалентах. Следует избегать астрономических цифр.

В таблице обязательно должна фигурировать сумма ионов, характеризующая величину минерализации воды, Полезно привезти величину сухого остатка, если она определялась аналитическим путем. Ионы рациональнее располагать в следующем порядке С1 -- , SО 4 -- , НСО 3 -- , СО 3 -- , К + , Nа + , Мg ++ , Са ++ .

Анионы распределяются в порядке их химической активносги, в отношении катионов это правило не соблюдено, по­скольку более активный кальций стоит после магния. Такое расположение ионов удобно для комбинирования при пересче­те химического состава воды из ионной формы в солевую. Объединяя эквивалентные количества катионов н анионов в том порядке, в каком они расположены, мы получим солевой состав воды.

Для обработки и систематизации результатов химических анализов подземных вод используются разработанные методы и приемы. В результате этого исследуемые воды можно оценить в соответствии требованиям для использований в хозяйственных целей и нужд других отрослей. Результаты химических анализов можно выразить графически и классифицировать подземные воды по химическому составу, минеральной жесткости, температурной и другими показателями. Эти сведения используются для определений типы подземных вод, уточнения их размещенияи в соответствующих пластах, сруппировать в единое водоносные гоизонты и устанавливать гидрогеологическую связь с поверхностными водами, а также условия формирования микрокомпонентного состава. Эти сведения о подземных водах очень нужны в целях использования в хозяйственном и других отраслях производств.

Основная литература: ОЛ 1 , 3 .

Дополнительная литература: ДЛ 1 /

Контрольные вопросы:

1. Как определяют значения минерализации?

2. Как рассчитывают сухой остаток?

3. Какая единица измерения минерализации?