Жесткость воды по химии. Жесткость воды – единицы измерения и способы умягчения

Определение жесткости, виды жесткости, единицы измерения жесткости

Жесткость воды - мера содержания в воде растворенных солей кальция и магния. Источником их являются, в основном, известняки и доломиты. Различают постоянную жесткость, временную жесткость и общую жесткость воды.

Постоянная жесткость воды (некарбонатная) Жп - обусловливается содержанием сульфатов, хлоридов и других (кроме бикарбонатов) солей кальция и магния. При нагревании или кипячении воды они остаются в растворе.

Временная жесткость воды (устранимая, карбонатная) Жвр - обусловливается содержанием бикарбонатов. При нагревании или кипячении воды бикарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты, при этом жесткая вода умягчается. Обычно карбонатная жесткость составляет 70-80% от общей жесткости.

Общая жесткость воды Ж - определяется как суммарное содержание в воде солей кальция и магния, выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости:

ж = ж п + ж вр

Жесткая вода образует накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника. При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды наблюдается перерасход моющих средств вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот.

Классификация природных вод по жесткости, бытовое определение жесткости воды

При оценке жесткости воды обычно воду характеризуют следующим образом:

В соответствии с ГОСТ 4151-72 общая жесткость воды измерялась в мг-экв/л. С введением с 01.01.89 года изменения №1 единицей измерения жесткости являлся моль/м 3 .

С 01.01.2005 введен ГОСТ Р 52029-2003 Вода. Единица жесткости. По новому ГОСТу жесткость выражается в градусах жесткости (°Ж), что соответствует концентрации щелочноземельного элемента, численно равной 1/2 его моля, выраженной в мг/дм3 (г/м3). Ниже приводятся соотношения национальных единиц жесткости воды, принятых в других странах (ГОСТ Р 52029-2003).

Соотношения национальных единиц жесткости воды

Данные взяты из текста ГОСТа

Страна	Обозначение единицы жесткости	Россия	Германия	Великобритания	Франция	США
Россия	°Ж	1	2,80	3,51	5,00	50,04
Германия	°DH	0,357	1	1,25	1,78	17,84
Великобритания	°Clark	0,285	0,80	1	1,43	14,3
Франция	°F	0,20	0,56	0,70	1	10
США	ppm	0,02	0,056	0,070	0,10	1

Примечания:
°Ж = 20,04 мг Ca 2+ или 12,15 Mg 2+ в 1 дм 3 воды;
°DH = 10 мг CaO в 1 дм 3 воды;
°F = 10 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
ppm = 1 мг CaCO 3 в 1 дм 3 воды;
°Clark = 10 мг CaCO 3 в 0,7 дм 3 воды.

Численные значения жесткости измеренные в мг-экв/л, моль/м 3 , и °Ж, несмотря на различия в обозначении, равны между собой.

Источники:
Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды: В двух частях. Часть 1. / Киев: Наукова думка, 1980. - 680 с.
ГОСТ Р 52029-2003 Вода. Единица жесткости.

Рекомендации по устранению жесткости воды Высокая жесткость воды ухудшает ее органолептические свойства, жесткая вода неблагоприятно действует на организм человека. Также из-за высокой жесткости образуется накипь. Отсюда возникает необходимость устранения жесткости.

Одним из методов снижения жесткости воды является ионный обмен, который реализуется на автоматических установках умягчения воды серии KWS.

Устранение жесткости воды при помощи систем умягчения реализовано по принципу замещения ионов кальция и магния в воде ионами натрия. Происходит процесс умягчения воды - ионообменный процесс, приводящий к снижению ее жесткости.

Удаление из воды солей жесткости происходит в фильтрующих колоннах. В процессе работы системы умягчения ионообменная емкость фильтрующего материала (катионита) уменьшается. Для восстановления обменной емкости катионита проводится регенерация. Регенерация осуществляется с использованием раствора соли (NaCl) и включает несколько стадий.

Существуют также системы умягчения воды непрерывного действия с использованием двух колонн, работающих поочередно.

Жесткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»). Вода – сложное природное вещество, в состав которого входит целый набор микроэлементов. В том или ином виде вода содержится во всех живых организмах. Что подразумевается под понятием жесткость, и что определяет данный показатель?

Жесткость – это свойство воды, которое определяет ее потребительские качества и имеет важное хозяйственное значение. В процессе кипячения жесткая жидкость образует накипь на стенках и внутренних деталях нагревательных приборов, что вызывает ухудшение теплотехнических характеристик бытовой техники. Не особенно подходит она и для стирки, поскольку способствует снижению очищающих характеристик моющих средств и увеличивает их расход.

Откуда берется высокая жесткость? Ее определяет наличие солей магния и кальция – химических компонентов, выполняющих роль активных регуляторов различных химических процессов в окружающей среде. Естественно, что жидкость, которая берется из разных водоемов, может иметь ту или иную степень жесткости. При этом река, озеро и любой другой источник пополняются из подземных источников, протекающих в известняковых пластах. Проходя через них, вода обогащается солями жесткости, а значит, будет жесткой. Для сравнения – данный показатель у поверхностных вод всегда заметно ниже, чем у подземных. Жесткость воды в природных источниках постоянно изменяется. Максимальных отметок она достигает зимой, а минимальных – весной, во время таяния снегов.

Таким образом, жесткой является та вода, которая содержит соли магния и кальция в больших количествах. Кстати, магниевые соли растворяются хуже кальциевых, и жидкость с их высоким содержанием имеет выраженный горький вкус.

Выделяются следующие виды жесткости:

Общая – определяется как суммарная концентрация ионов магния и кальция.
Карбонатная – зависит от наличия в воде карбонатов, гидрокарбонатов кальция и магния. Практически полностью устраняется в ходе кипячения, поэтому второе название карбонатной жесткости – временная. В процессе нагрева гидрокарбонаты распадаются – образуется угольная кислота, а карбонаты кальция, гидроксиды магния выпадают в виде осадка.
Некарбонатная – обусловлена присутствием магниевых и кальциевых кислотных солей. При кипячении не устраняется (то есть является постоянной).

Общая жесткость измеряется в GH. GH показывает суммарное содержание щелочноземельных металлов в виде ионов. Для примера – в воде, значение GH которой близкое к нулю, аквариумные рыбки не живут, употреблять ее в пищевых целях также не рекомендуется.

В каких единицах измеряется жесткость

В мире для измерения показателей жесткости используются разные значения. В России Госстандарт установил следующий показатель – моль на кубический метр. Числовое значение жесткости, которое выражается в молях на кубический метр, равняется числовому значению жесткости в миллиграмм-эквивалентах на литр. На западе используют немецкий (d°, dH), французский (f°), американский (ppm CaCO3) градусы.

Как повысить и понизить жесткость воды в аквариуме. Определение временной, или карбонатной жесткости

Чтобы создать комфортные условия для жизни аквариумных рыбок, важно использовать воду оптимальной жесткости, с заданным кислотно-щелочным балансом. Чтобы повысить жесткость воды, используют известняк и мрамор. Чем мягче вода, тем быстрее она повысит жесткость. Другой способ – химический, с применением хлористого кальция и магнезии. Максимальный эффект достигается при использовании обоих препаратов одновременно.

Чтобы уменьшить жесткость, воду нужно прокипятить. Как долго это следует делать? Учтите, что для снижения жесткости вдвое, кипятить воду нужно минимум в течение получаса. Другой способ – вымораживание. Воду наливают в пластиковый контейнер и помещают в морозилку. Затем лед растапливают, а полученную воду используются в пищевых или любых других целях.

Если объемы воды большие, проще будет использовать специальное оборудование. Широкое распространение в быту в последние годы получили установки обратного осмоса. Для расчета необходимого объема водопроводной воды используйте формулу – вычитание объема воды, получаемой из водопровода, из объема с заданной жесткостью, который нужно получить.

Часто методы умягчения используют комбинированно. Например, одну часть солей жесткости убирают реагентным способом, а другую с помощью катионного обмена. Приведем формулы содово-известкового способа умягчения:

Са(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 + 2Н2О

В итоге Mg(OH)2 коагулирует, выпадая в осадок. Затем, в целях устранения некарбонатной жесткости, вводится Na2CO3. Последующие химические реакции:

Na2CO3 + CaSO4 = CaCO3 + Na2SO4 и Na2CO3 + СаС12 = СаСО3 + 2NaCl.

В итоге образуется углекислый кальций, выпадающий затем в осадок. Реагенты вводят в разные зоны:

хлор – во всасывающие трубопроводы;
коагулянт – в трубопровод перед смесителем либо непосредственно в смеситель;
известь – вместе с коагулянтом;
уголь активированный – перед фильтрами;
хлор и аммиак – в фильтрованную воду.

Опреснение, обессоливание, удаление растворенных газов, железа, стабилизация – это специальные способы очистки. Так если для снижения жесткости используются методы катионирования или ионного обмена, речь идет об обессоливании. Вода, которая получается на выходе, не содержит ни анионов, ни катионов солей.

Как измерить жесткость

Для оценки показателей жесткости воды используются следующие способы:

Комплексонометрическое титрование трилоном Б. Метод сложный и самый точный.
Покупные тесты. Не на 100% точные, зато простые и недорогие.
Измерение электропроводности. Используйте кондуктометр.
С помощью ионометра и ионоселективных электродов.
С применением методики титрования соляной кислотой проб воды. Сложный и не очень точный метод. То же самое можно сказать о тестах с применение хозяйственного мыла.

Под титрованием подразумевается добавление в воду реагента требуемой концентрации. Концентрация солей жесткости определяется в зависимости от реакции реагента с водой. Приготовить реактив просто – достаточно смешать кислоту с дистиллированной водой в заданных пропорциях. Готовый раствор опасности не представляет.

Проще всего использовать готовые тексты. Для этого 5 мл воды наливается в стаканчик, затем в жидкость по каплям добавляется содержимое теста, после каждой капли вода перемешивается. Делать так нужно до тех пор, пока цвет не станет зеленым вместо розового.

Влияние жесткости воды, нормативные требования и рекомендации

Какую воду можно употреблять для приготовления пищи и питья? Требования относительно жесткости жидкости зависят от условий конкретной местности. Учтите, что слишком жесткая вода имеет горький вкус и негативно влияет на работу органов пищеварения. ВОЗ конкретные цифры не называет, хотя исследований на тему связи качества воды с заболеваниями сердца, сосудов и других органов организма проводились неоднократно. Слишком мягкая вода – это тоже плохо, поскольку она нарушает водно-солевой баланс. Жидкость с жесткостью от 4 мг-экв/ чревата – главная причина образования накипи на внутренних деталях отопительных систем. Вредна она и для кожи, волос.

Вместо заключения

Жесткость – важный параметр воды, который зависит от количества и типа растворенных в ней минеральных веществ. Смягчение следует делать только после предварительного анализа. Почему? Потому что не все меды смягчения снижают содержание минеральных веществ – они могут просто превращать соли жесткости в соли, которые никак не влияют на рассматриваемый показатель.

Жесткость питьевой воды – одна из качественных характеристик воды, которое обуславливается наличием в воде солей двух щелочноземельных металлов - кальция и магния. Жесткость имеет значение для оценки качества любой используемой воды, технической, питьевой и воды, используемой для нужд промышленных предприятий с заданными характеристиками.

Наибольшее влияние на уровень жесткости воды оказывает количество катионов кальция, несколько в меньшей степени – магния. Катионы стронция, железа и марганца также оказывают влияние на жесткость воды, однако их вклад в общую жесткость воды так мало, что на практике обычно пренебрегают их значениями.

Общая жесткость определяется суммой временной и постоянной жесткостью воды.

Постоянная жесткость воды – кальциевые и магниевые соли соляной, серной, азотной кислот, т.е. сильных кислот. Такие соли жесткости в воде при кипячении не выпадают в осадок и не кристаллизуются в виде накипи.

Временная жесткость воды – показатель, наличия в воде карбонатов и гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении и показателях рН больше 8,3, практически полностью выпадают в хлопьевидный осадок, кристаллизуются в виде накипи или образуют пленку на поверхности воды.

Как соли кальция и магния попадают в природную воду, ведь вода, выпадающая в виде осадков, как и талая вода, не содержат солей?

Это происходит следующим образом: вода, напитывается солями, содержащимися в известняках, гипсах и доломитах залегающих в толщах земли.

Это основной источник этих солей. Кроме этого, выветривание горных пород, также может оказывать влияние на карбонатную жесткости воды.

Согласно методам определения жесткости воды по гидрохимии считается:

0-4 мг-экв./л – мягкая вода
4-8 мг-экв./л – средней жесткости
8-12 мг-экв./л – жесткая вода
Больше 12 мг-экв./л – очень жесткая

Это касается оценки общей минерализации воды, но для питьевой воды российский СанПиН определяет предельно допустимые концентрации 0-7 мг-экв/л.

Специалисты в области фильтрации условно делят жесткость питьевой воды так:

0-1,5 мг-экв/л – мягкая вода
1,5-2 мг-экв/л – оптимальная питьевая вода
2-5 мг-экв/л – жесткая вода
5-7 мг-экв/л – сверхжесткая вода
Больше 7 мг-экв./л – не питьевая вода, за пределами рекомендованных значений.

Можно разделить природную воду на поверхностную и подземную.

Поверхностная вода обычно имеет меньшую жесткость, поскольку она разбавляется в значительной степени осадками и талыми водами. Этим объясняется и факт сезонных изменений показателей общей жесткости для поверхностных вод.

Состав подземных вод более постоянен, и обычно имеет большие значения, чем у поверхностной воды, по общей жесткости.

Питьевая вода должна иметь оптимальный состав по количеству солей жесткости.

Слишком много солей – риск возникновения мочекаменной болезни, заболеваний костей, суставов. Слишком мало солей – соли вымываются из организма, кости приобретают большую ломкость, возрастает риск заболеваний суставов, сосудов.

По мнению некоторых исследователей, в регионах с пониженным уровнем жесткости воды, также возрастает риск сердечнососудистых заболеваний. Это подтверждается статистикой по странам Европы и Северной Америке, исследованиям в российских регионах с разными средними показателями по жесткости воды.

Также жесткая вода образует накипь, что приводит к уменьшению сроков службы бытовой технике, преждевременному износу водонагревательного оборудования, портит сантехническое оборудование.

Вода, уровень жесткости которой меньше двух мг-экв/л способна сильнее, чем более жесткая вода оказывать на водопроводные трубы коррозийное воздействие, поскольку имеет более низкую щелочность.

Поэтому, в ряде случаев, особенно в теплоэнергетике, иногда приходится проводить дозирование карбонатной жесткости воды с целью достижения оптимального соотношения между коррозионной активностью воды, ее водородному показателю и содержанию кальция и магния.

В настоящее время ряд специалистов, ссылающиеся на данные ВОЗ, утверждают, что имеющаяся статистика не позволяет однозначно считать мягкую и жесткую воду опасной для здоровья человека. И все же имеющиеся данные подтверждают зависимость водно-солевого баланса в организме человека от этих факторов, а отсутствие нормативной доказательной базы на уровне Всемирной Организации Здравоохранения, не причина закрывать глаза на качество питьевой воды по количественным показателям солей жесткости - солей кальция и магния.

Избыток железа, магниевых и кальциевых солей повышает жесткость воды.

Это негативно влияет на работу бытовой техники и оборудования, состояние волос, ногтей и кожи, провоцирует развитие хронических заболеваний органов ЖКТ и сердечно-сосудистой системы.

Как же безопасно смягчить жесткую воду, используя простые и доступные способы?

Признаки повышенной жесткости

Что такое жесткость воды? Это показатель, определяющий уровень магниевых и кальциевых солей, которые входят в химический состав жидкости. Единицы измерения - моль/куб.м и мг.экв./литр.

Жесткая вода - частое явление, которое обусловлено влиянием подземных вод, насыщенных солями химических элементов. Кроме того, подобная жидкость может содержать хлоридные и фосфатные соединения, а также различные органические загрязнители.

Чтобы определить жесткость воды своими руками, рекомендуется воспользоваться специальным устройством - кондуктометром, предназначенным для замера параметра электропроводимости жидкости. Высокий показатель указывает на повышенную концентрацию солей металлов в воде.

В процессе кипячения химические соли образуют осадочную массу, но большая часть соединений попадают в человеческий организм, оседают на стенках приборов, техники и оборудования.

Какая же вода будет считаеться жесткой? Основные признаки повышенной концентрации солей следующие:

моющие средства плохо вспениваются;
после кипячения образуется накипь и белый налет;
после стирки вещей и мытья посуды остаются характерные разводы;
жесткая жидкость приобретает неприятный горький привкус;
вода оказывает негативное влияние на эксплуатационные характеристики тканей;
повышенная концентрация солей приводит к заболеваниям выделительной системы, а также к дряблости и сухости кожи.

Типы жесткой воды

По степени жесткости (в градусах) вода бывает:

Мягкой (от 0 до 2 градусов). Она распространена в местности с большим количеством болот и торфяников. К этой категории также относится чистая талая вода.
Средней (от 2 до 7 градусов). Такой тип жидкости распространен практически в любой местности. Как правило, обеспечивают частные домовладения водой средней жесткости.
Жесткой (от 7,1 до 11 градусов). Встречается на территориях с избыточным количеством химических солей и загрязнителями. Оказывает негативное воздействие на человеческий организм.
Сверхжесткой (от 11 градусов). Природную воду жесткой делает близкое расположение пещер и шахт, поэтому для питья она не используется.

По концентрации химических веществ жесткость воды может быть:

Постоянная. Определяется присутствием агрессивных компонентов и солей металлов, устойчивых к распадению в процессе кипячения. Для их удаления используются специальные фильтрующие системы.
Временная. Обуславливается временным присутствием солей кальция и магния, нагрев которых приводит к распадению и образованию осадочной массы. Это означает, что убрать такие соединения можно обычной термической обработкой.

Многих потребителей интересует ответ на достаточно распространенный вопрос - как смягчить воду в домашних условиях? Существуют ли эффективные способы смягчения воды, которые можно легко реализовать на практике?

термическую обработку;
заморозку;
реагентное воздействие;
фильтрацию.

Устранение жесткости термической обработкой (кипячением)

Самый простой способ смягчения воды в домашних условиях - это термическая обработка, т. е. кипячение. Воздействие высоких температур приводит к разрушению ионных связей между химическими элементами и образованию осадка. Далее мягкая вода может использоваться в питьевых и хозяйственных целях.

Кипячение воды проводится следующим образом:

жесткая вода наливается в емкость и доводится до кипения;
после закипания вода охлаждается до комнатной температуры и переливается в чистую емкость.

Более сложный вариант предусматривает кипячение воды на протяжении часа и отстаивание в течение 24 часов.

Кипячением убирают соли металлов, пары углекислого газа, хлористых соединений и механические примеси.

Несмотря на свою востребованность и простоту, термическая обработка имеет некоторые недостатки:

кипячение приводит к быстрому образованию известкового налета, который сложно удалить;
кипяченая вода не подходит для полива комнатных растений;
длительное использование жидкости после термической обработки может привести к ухудшению работы желудочно-кишечного тракта;
вода меняет свои органолептические характеристики.

Заморозка - простой и эффективный способ

Снизить жесткость воды можно обычной заморозкой или вымораживанием. Этот способ предусматривает воздействие низких температурных режимов на соли химических элементов с образованием кристаллов. Смягчение воды в этом случае происходит постепенно, без изменения структуры жидкости.

Заморозка выполняется следующим образом:

емкость наполняется водой и загружается в морозильную камеру;
после заморозки 75% жидкости сливается остаток, в котором содержатся все вредные элементы;
талая жидкость становится питьевой, значит, может быть использована для приготовления еды, полива цветов и стирки вещей из деликатных тканей.

Единственным недостатком такого способа является сложность подготовки большого объема талой воды.

Обработка химическими и пищевыми реагентами

Смягчение жесткой воды реагентами - эффективный способ борьбы с солями металлов. Воздействие химических веществ на примеси в воде приводит к образованию осадочной массы. Для этих целей используются следующие реагенты:

Сода пищевая. Она способствует снижению кислотности и концентрации солей. Умягчение воды содой происходит следующим образом: для стирки используется 2 ч. л. на 11 литров, для приготовления еды - 1 ч. л. на 3 литра.
Сода кальцинированная (каустическая). Применяется для смягчения жидкости, предназначенной для бытовых и хозяйственных нужд, - 2 ч. л. на 11 литров. Для пищевых целей подобную жидкость использовать нельзя.
Лимонная и уксусная кислота, сок лимона. Натуральные пищевые реагенты, которые способствуют смягчению и окислению воды. Применяются для устранения накипи в посуде и при ополаскивании волос. Оптимальная концентрация - на 2 литра воды 1 ст. л. уксусной кислоты, 1 ч. л. лимонной кислоты или сока лимона.
Синтетические реагенты в таблетированной и порошковой форме. Устранить повышенную жесткость можно специальными химическими веществами, разработанными для посудомоечного или стирального оборудования.

К недостаткам данного способа можно отнести:

необходимость соблюдения точной дозировки каждого реагента;
поддержание условий хранения специальных средств - каустической соды и синтетических смягчителей в домашних условиях в соответствии с рекомендациями производителей. Исключение составляют пищевые реагенты - сода, уксус и лимонная кислота.

Снижение жесткости фильтрующими системами

Как сделать воду мягкой, если она добывается из скважины или колодца, возведенного рядом с домом?

Фильтры кувшинного типа. Это самый востребованный способ очистки и смягчения водопроводной или колодезной воды. Так называется фильтр, внешне напоминающий кувшин, оснащенный угольным картриджем для очистки. Небольшой объем емкости позволяет фильтровать от 1 до 4 литров воды за один цикл. Жесткая вода, очищенная кувшинным фильтром, приобретает не только мягкость, но и специфический привкус. Периодичность замены картриджа - каждые 2 месяца.
Ионообменные установки. Подобные фильтрующие системы представлены двумя емкостями, оснащенными специальными фильтрами на основе ионообменных смол и солевого раствора. Вначале жесткая вода попадает в резервуар со смолами, а далее поступает в емкость с соляным раствором. Почему в этом случае жидкость теряет жесткость? Поскольку происходит ее насыщение натрием, который постепенно вытесняет соли магния и кальция.
. Это самый эффективный способ очистки и смягчения жидкости. Установка оснащается специальным мембранным фильтром, создающим рабочее давление внутри камеры. Благодаря этому жесткая вода полностью очищается от сторонних примесей, а значит, становится мягкой.

Решить проблему повышенной жесткости воды можно своими силами, достаточно применить на практике эффективные способы или внедрить уникальную авторскую методику.

Питьевая вода должна отвечать определённым установленным стандартам и ГОСТАм.

Существует несколько стандартов на питьевую воду:

Российский стандарт, определяемый соответствующими нормами и ГОСТами;
Стандарт ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения);
Стандарт США и стандарта стран Европейского союза (ЕС).

Качество питьевой воды на территории Российской Федерации определяется нормами санитарно-эпидемиологических правил и нормативами, утвержденными главным государственным санитарным врачом Российской Федерации. Главным Российским ГОСТом на питьевую воду является введенные в действие в 2002 г. Санитарные правила и нормы (СанПиН).

В соответствии с действующими стандартами и нормами под термином питьевая вода высокого качества подразумевается:

вода с соответствующими органолептическими показателями - прозрачная, без запаха и с приятным вкусом;
вода с рН = 7-7,5 и жесткостью не выше 7 ммоль/л;
вода, в которой суммарное количество полезных минералов не более 1 г/л;
вода, в которой вредные химические примеси либо составляют десятые-сотые доли их ПДК, либо вообще отсутствуют (то есть их концентрации настолько малы, что лежат за гранью возможностей современных аналитических методов);
вода, в которой практически нет болезнетворных бактерий и вирусов.

Примерный норматив на воду показан в таблице 1:

Таблица 1. Примерный норматив воды

	Показатель	Значение
	Мутность	до 1,5 мг/л.
	Цветность	до 20 град.
	Запахи и привкусы при 20 °С.	отсутствуют

	Сульфаты	до 5-30 мг/л.
	Гидрокарбонаты	140-300 мг/л.
	Водородный показатель
	Общая жесткость	1,5-2,5 мг-экв/л.
	*При концентрации 2-8 мг/л возможно заболевание флюрозом. При концентрации 1,4-1,6 мг/л развивается кариес зубов.	0,7-1,5 мг/л.
	Железо *Избыток железа придает воде красно-коричневую окраску, ухудшает ее вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубопроводах и их засорение. Избыток железа увеличивает риск инфарктов, длительное употребление вызывает заболевание печени.	до 0,3 мг/л.




	Марганец	до 0,1 мг/л.
	Бериллий	до 0,0002 мг/л.
	Молибден *При содержании свыше 0,25 мг/л вызывает подагру.	до 0,05 мг/л.
		до 0,05 мг/л.
		до 0,1 мг/л.
		до 0,001 мг/л.
	Стронций *При концентрации свыше 7 мг/л вызывает заболевание костей.
		1,2·10(-10) Ки/л.
	Медь *При превышении вызывает заболевание печени, гепатит и анемию.
	Алюминий	до 0,5 мг/л.
	Цинк *При превышении угнетает окислительные процессы в организме, вызывает анемию.
	Гексаметафосфат	до 3,5 мг/л.
	Триполифосфат	до 3,5 мг/л.
	Полиакриламид
		до 3,3 мг/л.
	Нитраты *При превышении в организме человека синтезируется нитрозамины, способствующие образованию злокачественных опухолей, перерастающих в рак	до 45 мг/л.
	Общее количество бактерий в 1 мл до 100.
	Коли-индекс
	Коли-титр
	Цисты патогенных кишечных простейших	отсутствие.
	Сумма галогенсодержащих соединений	до 0,1 мг/л.
	Хлороформ	до 0,06 мг/л.
	Четыреххлорный углерод	до 0,006 мг/л.
	Нефтепродукты	до 0,3 мг/л.
	Летучие фенолы	до 0,001 мг/л.

		до 0,001 мг/л.
		до 0,0005 мг/л.

	Серовород *Появление в воде может быть следствием протекания гнилостных процессов или сброса неочищенных сточных вод. При концентрации 0,5 мг/л появляется неприятный запах, интенсифицируется процесс коррозии и зарастания трубопроводов.	не более 0,003

В таблице 2 общие требования к составу и свойствам воды с указанием допустимых норм. Качество воды для водозабора оценивается не только по присутствию в ней токсичных и плохо пахнущих веществ, но и по изменению физико-химических показателей и свойств воды.

Таблица 2. Показатель состава и свойств воды водоема

Показатель состава и свойств воды	Требования и нормативы
Взвешенные вещества
Плавающие примеси	На поверхности вода не должны обнаруживаться плавающие пленки, пятна масел и скопление других примесей
Запахи и привкусы	Вода не должна приобретать запахов и привкусов интенсивность более одного балла
	Не должна обнаруживаться в столбике 20 сантиметров
Температура	Летняя температура воды в результате спуска сточных вод не должна повышаться более, чем на 3 град по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца за последние 10 лет
Значение рН
Минеральный состав	Не должен превышать по сухому остатку 1000 мг/л, хлоридов - 350мг/л, сульфатов - 500мг/л
Растворенный кислород	Не менее 4 мг/л
БПК при 20 град	Не более 3 мг/л
	Не более 15 мг/л

Примечание: Проба воды анализируется по следующим показателям: общая жесткость, рН, содержание железа, цветность, запах, нитраты, нитриты, сероводород, микробиология воды и др. Кроме того, большое значение имеет производительность оборудования для очистки воды, которая зависит от пиковой нагрузки водопотребления объекта.

Краткий перечень неорганических и органических веществ, а также бактерий и вирусов в питьевой воде, оказывающих неблаготворное влияние на организм человека, представлен в таблице 3.

Таблица 3.
Влияние неорганических и неорганических веществ, бактерий и вирусов на организм человека

Название вещества, бактерии или вируса	Органы и системы человека, на которые влияют эти соединения
Неорганические вещества
Бериллий	Желудочно-кишечный тракт

	Почки, печень
	Кожа, кровь; канцероген
Нитраты и нитриты

	Почки, замедление развития

	Желудочно-кишечный тракт, кровь, почки, печень
	Нервная система
Органические вещества
	Канцероген
Пестициды (ДДТ, анахлор, гептахлор)	Канцерогены
Соединения хлора (винилхлорид, дихлорэтан)	Кровь, почки, печень
	Печень, почки, обмен веществ
	Нервная система, почки, печень
Бактерии и вирусы
Кишечная палочка	Желудочно-кишечный тракт
Энтеровирусы	Желудочно-кишечный тракт
Вирус гепатита

Параметры питьевой воды подразделяются на три группы:

органолептические свойства;
показатели бактериального и санитарно-химического загрязнения;
химические свойства

Органолептические показатели питьевой воды - оценки запаха, вкуса, цвета и мутности, каждый человек может выполнить самостоятельно.

Химические свойства воды характеризуются следующими показателями: жесткостью, окисляемостью, величиной рН, общей минерализацией - содержанием в воде растворенных солей и элементов.

Кальций

Кальций является чрезвычайно важным минералом. Человеческое тело содержит до 30-40 кг кальция, 99% которого находится в костях и зубах. Кальций участвует в формировании костей, он необходим для возбуждения нервов, работы мышц, свертываемости крови и передачи гормональных сигналов. Кроме того, кальций регулирует активность различных ферментов и имеет противовоспалительные и антиаллергические свойства. Недостаток кальция приводит к нарушениям работы мышц и является причиной остеопороза.

Магний

Магний, как и калий, очень важный элемент в клетке. Он активирует ферменты, регулирующие различные химические реакции в организме, принимает участие в функционировании мышечных и нервных клеток и играет ключевую роль для нормального функционирования сердца и кровообращения. Организм теряет магний при употреблении спиртного. Последствиями может быть раздражительность, слабая концентрация, судороги мышц и нарушения сердечного ритма.

Натрий

Натрий - это жизненно важный минерал, основная задача которого состоит в том, чтобы вместе с хлоридами регулировать водно- и кислотно-щелочной баланс организма. Совместно с калием натрий играет значительную роль при формировании нервного импульса.

Калий

Калий - минерал, играющий важную роль в функционировании мышечных и нервных клеток. Он необходим мышечным клеткам сердца, которые нуждаются в достаточном содержании калия. Недостаток калия может выражаться как общей усталостью, так и судорогами мышц, а также мышечной слабостью или нарушениями сердечного ритма.

Хлориды

Хлориды определяют совокупность находящегося в теле хлора, который способствует поддержанию кислотно-щелочного баланса жидкостей и играет важную роль при производстве соляной кислоты в желудке.

Хлор

Хлором обеззараживают воду, т.к. хлор - мощный окислитель, способный уничтожать болезнетворные микроорганизмы. Однако в реках и озерах, откуда ведется водозабор, присутствует множество веществ, попавших туда со сточными водами, и с некоторыми из них хлор вступает в реакцию. В результате образуются гораздо более токсические соединения, чем сам хлор. Например, соединения хлора с фенолом; они придают воде неприятный запах, влияют на печень и почки, но в малых концентрациях не очень опасны. Однако возможны соединения хлора с бензолом, толуолом, бензином, с образованием диоксина, хлороформа, хлортолуола и других канцерогенных веществ. Обеззараживать воду без хлора экономически нецелесообразно, поскольку альтернативные методы обеззараживания воды, связанные с использованием газообразного озона, ултрафиолета и серебра для этой цели дорогие.

Сульфаты

Сульфаты являются солями серной кислоты, которые, в сочетании с магнием и натрием, активизируют пищеварение. Также сульфаты могут содействовать выведению вредных веществ почками и предотвращать формирование мочевых камней.

Фториды

Кроме известного антикариесного воздействия фтора отмечается его свойство служить биокатализатором процессов минерализации, что используется в лечебных целях при остеопорозе, рахите и других заболеваниях. Природные воды с повышенным содержанием фтора в сочетании с кальцием положительно влияют на устойчивость организма к радиационному поражению. Фтор способен снижать концентрацию стронция в костной ткани примерно на 40%, и этот процесс не сопровождается обеднением скелета кальцием.

Жесткость

Понятие жесткости воды принято связывать с катионами кальция (Са 2+), магния (Mg 2+) и железа (Fe 2+ , Fe 3+). Они взаимодействуют с анионами, образуя соединения (соли жесткости), способные выпадать в осадок. Одновалентные катионы (например, натрий Na +) таким свойством не обладают. Жесткая вода содержит много минеральных солей, от которых на стенках посуды, котлах и других агрегатах образуется накипь - каменная соль. Жесткая вода губительна и непригодна для систем водоснабжения. В такой воде плохо заваривается чай, плохо растворяется мыло. В таблице 4 приведены основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и анионы, с которыми они ассоциируются.

Таблица 4.
Основные катионы металлов, вызывающие жесткость, и анионы, с которыми они ассоциируются

На практике, стронций, железо и марганец оказывают на жесткость столь небольшое влияние, что ими, как правило, пренебрегают. Алюминий (Al 3+) и трехвалентное железо (Fe 3+) также влияют на жесткость, но при уровнях рН, встречающихся в природных водах, их растворимость и вклад в жесткость малы.

Источником ионов кальция и магния являются природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы Ca 2+ и Mg 2+ поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород.

Вода подземных источников имеет большую жесткость, а вода поверхностных источников - относительно невысокую (3-6 мг·экв/л). Содержание солей жесткости в питьевой воде в пределах 1 - 4 мг-экв/л способствует протеканию нормальных обменных процессов в организме. С питьевой водой человек получает 1-2 г минеральных солей в сутки, а, в связи с тем, что в отличие от многих пищевых продуктов ионы в воде находятся в растворенном (гидратированном) состоянии, их усваиваемость организмом увеличивается на порядок. Мягкая вода должна иметь жесткость не более 10 мг·экв/л. В последние годы высказано предположение, что вода с низким содержанием солей жесткости способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

Величина pH

Величина pH может быть от 0 до 14 и показывает, является ли раствор кислым, нейтральным или щелочным. Если величина pH меньше чем 7, - то раствор кислый, как, например, лимонный сок, имеющий величину pH 2-3. Растворы с величиной pH 7 нейтральны, как, например, дистиллированная вода. Растворы с величиной pH более 7 щелочные.

Гидрокарбонаты

Гидрокарбонаты - необходимый организму элемент, который регулирует кислотно-щелочной баланс. Он связывает и нейтрализует повышенную кислотность, например, желудочного сока, крови, мышц, не нанося им вреда. Совместно с углекислотой гидрокарбонат образует так называемую буферную систему, которая, поддерживает рН крови.

Общая минерализация

Общая минерализация - это показатель содержания растворенных в воде веществ или общее солесодержание, поскольку вещества, растворенные в воде, находятся в виде солей (гидрокарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия). Вода поверхностных источников имеет меньший плотный осадок, чем вода подземных источников, т.е. содержит меньше растворенных солей. Предел минерализации питьевой воды (сухого остатка) 1000 мг/л был в свое время установлен по органолептическому признаку. Воды с большим содержанием солей имеют солоноватый или горьковатый привкус. Допускается содержание их в воде на уровне порога ощущения: 350 мг/л для хлоридов и 500 мг/л для сульфатов. Нижним пределом минерализации, при котором гомеостаз организма поддерживается адаптивными реакциями, является сухой остаток в 100 мг/л, оптимальный уровень минерализации 200-400 мг/л. При этом минимальное содержание кальция должно быть не менее 25 мг/л, магния -10 мг/л. По общей минерализации воды делятся на следующие категории (Таблица 5):

Таблица 5. Категории вод по степени общей минерализации

Микроэлементы

Микроэлементы - это жизненно необходимая для организма группа минеральных веществ. Они нужны человеческому организму в небольших количествах, но при этом имеют очень большое значение. Микроэлементы являются важными составляющими белков, гормонов, энзимов, участвуют во множестве функций обмена веществ, активизируют иммунную систему и укрепляют иммунную защиту. К ним относится железо, кремний, цинк, марганец, медь, селен, хром, молибден.

Окисляемость воды

Окисляемость обуславливается содержанием в воде растворенных органических веществ и может служить показателем загрязненности источника сточными водами. Для колодцев особую опасность представляют сточные воды, в составе которых есть белки, жиры, углеводы, органические кислоты, эфиры, спирты, фенолы, нефть и др.

Степень бактериологической загрязненности воды

Определяется числом бактерий, содержащихся в 1 см 3 воды и должен быть до 100. Вода поверхностных источников содержит бактерии, внесенные сточными и дождевыми водами, животными и т.д. Вода подземных артезианских источников обычно не загрязнена бактериями.

Различают патогенные (болезнетворные) и сапрофитные бактерии. Для оценки загрязненности воды патогенными бактериями определяют содержание в ней кишечной палочки. Бактериальное загрязнение измеряют коли-титром и коли-индексом. Коли-титр - обьем воды, в котором содержится одна кишечная палочка, должен составлять менее 300. Коли-индекс - число кишечных палочек, содержащихся в 1 л воды, должен составлять до 3.

ПДК

Предельно допустимая концентрация примесей вредных веществ, которые при превышении норматива становятся вредными, выглядит следующим образом: нормативы ЕС, США и ВОЗ определяют, что его вообще не должно быть. Российский стандарт дает такие цифры: не более ста микроорганизмов на один кубический сантиметр и не более трех бактерий типа кишечных палочек в одном литре воды, что в принципе соответствует мировым стандартам.

В таблице 6 приведены значения ПДК для некоторых веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения.

Таблица 6. Значения ПДК для некоторых веществ в водных объектах хозяйственно-питьевого назначения.

Нормативы на самые ядовитые вещества в воде приведены в таблице 7 (данные взяты из книги М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006):

Таблица 7. Нормативы на самые ядовитые вещества в воде

Примечание. Если ПДК составляет сотни тысяч микрограмм, то вещество не является вредным. Если ПДК составляет сотни-тысячи микрограмм, то такое вещество может оказаться опасным. Если ПДК в пределах единиц, десятых и сотых долей микрограмма, то данное вещество почти всегда яд (бензол, винилхлорид, мышьяк, ртуть, свинец).

Нормативы на питьевую воду стран ЕС (Западной Европы) и США, рекомендации Всемирной организации здравоохранения и отечественные стандарты показаны в таблице 8 (по данным М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006)

Таблица 8. Стандарты на питьевую воду в России и за рубежом*

Параметр	ПДК, микрограмм на литр (мкг/л)
Параметр				Россия

Акриламид
Полиакриламид
Алюминий

Бензапирен

Бериллий


Винилхлорид
Дихлорэтан





Марганец

Молибден







Пестициды




Стронций
Сульфаты


Трихлорэтил


Хлороформ

Примечание*. Данные взяты из книги М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. М.: Эксмо, 2006

ПАУ - полициклические ароматические углеводороды, близкие к бензапирену.

В данных ЕС сокращением нед. (неделя) помечена средняя недельная доза вещества, которая с гарантией не наносит вреда человеческому организму.
Значком звездочка помечены те значения ПДК в российских стандартах, которые взяты из научных статей или новых Санитарных правил и норм. Остальные величины указаны в ГОСТе .
Значком две звездочки помечены те значения ПДК в американских стандартах, которые называются вторичными: они не входят в национальный стандарт, но могут быть узаконены властями штата.
Прочерк в какой-либо позиции таблицы означает, что данных для данного соединения не существует.

В таблицах 7-8 представлены различные группы веществ: легкие и тяжелые металлы (к последним экологи относят многие металлы, например алюминий, титан, хром, железо, никель, медь, цинк, кадмий, свинец, ртуть и др.), неорганические и органические соединения. Данные обобщены и наиболее соответствуют российскому и европейскому стандартам. В нормативах США и ВОЗ органические вещества расписаны подробнее. Так, в стандарте США перечислено около тридцати видов опасной органики. Самыми детальными являются рекомендации ВОЗ, в которых есть следующие отдельные списки веществ:

неорганические вещества (в основном тяжелые металлы, нитраты и нитриты);
органические вещества (около тридцати), пестициды (более сорока);
вещества, применяемые для дезинфекции воды (в основном различные соединения брома и хлора - более двадцати);
вещества, влияющие на вкус, цвет и запах воды.

В нормативах перечислены вещества, которые не влияют отрицательно на здоровье при предельно допустимых концентрациях в воде - к ним, в частности, относятся серебро и олово. В некоторых рекомендациях ВОЗ против некоторых веществ стоит пометка: Нет надежных данных для установле ния норматива. Это означает, что работа по их изучению на организм продолжается: известно сотни тысяч соединений, но лишь немногие из них изучены с точки зрения влияния на человеческий организм.

В российском ГОСТе нет ПДК для ряда веществ, отмеченных в зарубежных нормативах. Требования к качеству питьевой воды в РФ должны соответствовать нормам ГОСТа и новому СанПиНу. Существуют и другие нормативные документы, в которых приведен список более чем на 1300 вредных веществ и их ПДК. По большинству показателей российский стандарт либо соответствует зарубежным, либо устанавливает нормативы в одних случаях более жесткие, в других более мягкие. Если сравнивать ряд показателей ПДК, приведенных в российском и зарубежных стандартах, например, для алюминия: ПДК на него составляет 200 мкг/л по зарубежным нормам и 500 мкг/л - по российским. Несмотря на расхождение в два с половиной раза, это величины одного порядка. По железу (200-300 мкг/л), меди (1000- 2000 мкг/л), ртути (1-2 мкг/л), свинцу (10- 30 мкг/л) - для этих веществ выполняется соответствие по ПДК, то есть различия не более чем в два-три раза. По стандарту ЕС присутствие бензапирена до пускается в пределе 0,01 мкг/л (или 10 нг/л), для алюминия норма 100 мкг/л (или 0,1 мг/л), а натрий, сульфат и хлор могут присутствовать в воде в количествах 200 000-250 000 мкг/л (то есть 200-250 мг/л, или 0,2-0,25 г/л). Разница в ПДК в нормативах ЕС, США, ВОЗ и России в пять-шесть раз, а в некоторых случаях - в десять, двадцать, сто. ПДК по мышьяку в России такая же, как в США, норматив на бензапирен жестче, чем в Европе и США, и только бензол может являться причиной для сомнений в правильности показателей российского ГОСТа.

К.х.н. О.В. Мосин

Лит. источник : М. Ахманова. Вода, которую мы пьём. Москва: Эксмо, 2006