Физико-химические показатели воды: как определяется качество

Водородный показатель

Этот показатель используют для того, чтобы определить концентрацию несвязанных ионов водорода, содержащихся в воде. Величина показателя pH характеризует быстроту протекания химических реакций, влияет на степень коррозионной агрессивности, токсичности загрязняющих примесей и т.д.

Отслеживать уровень рН критически важно на каждой стадии водоочистки, поскольку отклонения его в ту или иную сторону придадут жидкости специфический запах, могут сказаться на привкусе и внешнем виде, что в целом будет говорить о неэффективности водоочистных мероприятий. Оптимальным уровнем рН для питьевой и хозяйственно-бытовой воды считается значение в диапазоне 6 — 9 (СанПиН).

Общая минерализация

Обобщенный количественный показатель содержания растворенных примесей в воде называется общей минерализацией. Этот фактор также можно встретить в литературе под следующими названиями: общее солесодержание, содержание растворимых твердых веществ, так как в воде растворенные вещества представлены именно в форме солей. Рекомендованный СанПиН допустимый предел минерализации составляет 1000 мг/л.

Отсутствие солей в воде скажется и на ее вкусе, точнее, она станет безвкусной и слишком пресной. Если же говорить о солесодержании с точки зрения отложения накипи на стенках водонагревательных приборов, то чем ниже этот показатель, тем лучше. Особенно если речь идет о солях жесткости.

Жесткость

Жесткость характеризует наличие в воде в растворенной форме солей кальция и магния.

Выделяют следующие типы жесткости:

1. Общая. Она определяется суммарной концентрацией ионов магния и кальция. В свою очередь состоит из суммарной жесткости карбонатного и некарбонатного типов.
2. Карбонатная. Определяется наличием гидрокарбонатов и карбонатов (рН > 8,3) кальция и магния. Устранить жесткость данного типа практически полностью можно в процессе кипячения. Благодаря этому факту ее еще называют временной.
3. Некарбонатная. Определяется присутствием солей кальция и магний сильных кислот (азотной, соляной, серной). Устранить эту жесткость кипячением нельзя, поэтому ее называют постоянной.

В разных странах применяются различные единицы измерения жесткости, но, используя ряд коэффициентов, их можно преобразовывать из одной в другую. Рекомендованная СанПиНом норма жесткости (речь идет об общей) водопроводной воды составляет 7 мг-экв/л.

Окисляемость перманганатная

Окисляемостью называется показатель, характеризующий присутствие в воде минеральных и органических веществ. Они окисляются (при некоторых условиях) химическими окислителями. Единица измерения окисляемости — мг/л. Она показывает, какое количество кислорода в миллиграммах, пошедшего на окисление, содержится в 1 литре жидкости. Перманганатная окисляемость по нормам СанПиН не должна быть более 5,0 мгО2/л.

О содержании в воде железа говорят, исходя из того, в каком состоянии оно присутствует в жидкости:

• В истинно растворённом (двухвалентное железо, вода прозрачная, не имеет цвета).
• В не растворённом (трёхвалентное железо, вода прозрачная, имеет коричневато-бурый осадок, который может быть в виде хлопьев).
• В виде коллоидного раствора (вода, окрашенная в желтовато-коричневый цвет, опалесцирующая, выпадение осадка не происходит даже при долговременном отстаивании).
• В виде железоорганики (железные соли гуминовых и фульвокислот, вода прозрачная, желтовато-коричневая).
• В виде железобактерий (коричневая слизь на стенках водопровода).

Максимальная концентрация в воде железа составляет 0,3 мг/л.

Сероводород

В подземных водах часто можно встретить еще одну примесь — сероводород, который в этом случае, как правило, имеет неорганическую природу. Газ образуется в процессе разложения сульфидов (пирита, серного колчедана) подкисленными водами. Еще одна причина появления в подземных водах сероводорода — восстановление сульфатов бактериями-сульфатредуцентами. Сероводород является общеклеточным и каталитическим ядом, он обладает неприятным резким запахом. Кроме того, растворенный газ усиливает коррозионные процессы. По этим причинам его необходимо полностью удалять из воды, которая идет на хозяйственные или пищевые нужды. (ГОСТ «Вода питьевая»).

Хлор

Хлор используется для обеззараживания питьевой воды, поэтому появляется в ней в процессе очистки. Принцип действия хлора заключается в том, что он выступает в роли окислителя либо заместителя для определенных молекул, в частности, для тех, которые включены в состав цитоплазмы бактериальных клеток, что приводит к их гибели. Так, чувствительность к хлору обнаружили возбудители паратифов и брюшного тифа, дизентерии, холеры. Для обеззараживания жидкости (даже с высоким содержанием бактерий) требуется относительно небольшая доза хлора. Но существуют и хлоррезистентные особи, которые не уничтожаются в процессе дезинфекции хлором.

Поскольку свободный хлор сам по себе также относится к числу опасных для здоровья веществ, его содержание в питьевой воде централизованного водоснабжения строго регламентируют гигиенические номы СанПиН. При этом устанавливается как верхняя граница разрешенного содержания свободного остаточного хлора, так и минимально-допустимая. Присутствие остаточного хлора в водопроводной воде необходимо для того, чтобы обеззараживать ее не только на самой станции водоочистки, но и в трубопроводе, по пути к потребителю. К примеру, загрязнения могут попасть в магистраль вместе с почвой через свищ.

Как показывают исследования, порядка 10 % хлора, который добавляют в воду на станции водоочистки, затем преобразуется хлорсодержащие соединения. Так, чаще всего в воде появляются хлороформ, дихлорэтан, трихлорэтан, четырёххлористый углерод, тетрахлоэтилен. Из всего ряда хлорсодержащих примесей до 80 % приходится именно на хлороформ. При длительном поступлении в организм он приводит к поражению печени и центральной нервной системы.

Кроме того, есть вероятность при хлорировании образования диоксинов. Эти яды токсичнее цианистого калия в 68 тыс. раз.

Как подсчитали американские ученые, хлорсодержащие вещества из обычной водопроводной воды косвенно или непосредственно повинны в 20 раковых заболеваниях на 1 млн. жителей. Если же концентрация хлора и его соединений достигает максимального значения, то риски увеличиваются до 470 случаев на 1 млн. жителей. Есть данные, свидетельствующие о том, что четверть случаев заболевания раком (преимущественно мочевого пузыря и толстой кишки) — это результат длительного потребления хлорсодержащей воды.

Для остаточного хлора действуют следующие нормы: не менее 0,3 мг/л и не более 0,5 мг/л.

Натрий

Часто в подземных водах можно обнаружить натрий, который появляется при соприкосновении жидкости с почвами, в которых высок уровень содержания поваренной соли. Наряду с натрием обнаруживается и калий, но реже и в меньших концентрациях. Как правило, он лучше растворяется и в большей степени всасывается корнями растений.

Цинк и медь

Цинк и медь обнаруживаются в воде, которая проходит по старых магистралям, внутренние стенки которых покрыты ржавчиной. Кроме того, источником загрязнения почвенной воды медью и цинком являются промышленные предприятия, на которых не установлены достаточно эффективные очистительные комплексы.

Самое опасное, что эти металлы не выводятся из организма. С годами они накапливаются в виде отложений и длительное время оказывают токсическое воздействие на человека.

Согласно нормам СанПиН, ПДК меди составляет 1,0 мг/л, для цинка этот показатель составляет 5,0 мг/л.

Хлориды

Практически во всех водах присутствуют еще одни вещества — хлориды. Они появляются в жидкости в результате вымывания из горных пород солей хлорида натрия (обычной поваренной соли). Если же в воде обнаруживается не только высокое содержание хлоридов, но и нитритов, нитратов и аммиака, то можно говорить о загрязнённости бытовыми сточными водами.

Для питьевой воды ПДК хлоридов составляет 350 мг/л.

Азотосодержащие вещества

Практически во всех водах, и особенно подземных, присутствуют и азотосодержащие вещества, такие как аммонийные соли NH4+, нитриты NO2- и нитраты NO3-. Они являются продуктами распада органических примесей и свидетельствуют о том, что в воде присутствуют органические вещества животного происхождения. Образуются нитраты, нитриты и соли из-за разложения мочевины и белков, содержащихся в сточных водах.

Анализируя количественное соотношение в воде азотосодержащих веществ, можно выявить степень заражения воды и его давность. Аммиак или аммонийный азот − это первый продукт распада белков, свидетельствующий о фекальном заражении. В природных условиях эти ионы окисляются бактериями Nitrosomonas и Nitrobacter, в результате чего получаются нитраты и нитриты. Если в воде повышено содержание аммиака и нитритов, значит, перед нами случай свежего фекального загрязнения. А вот наличие в воде нитратов в больших количествах свидетельствует о давнем органическом фекальном загрязнении. При этом абсолютно недопустимо одновременное присутствие в воде нитратов, ионов аммиака и нитратов.

Если в воде не найден аммиак, однако обнаружены соединения азотной кислоты − нитриты и особенно нитрат, следовательно, загрязнение случилось давно, а процесс самоочищения уже запущен. А вот если в ней присутствуют лишь аммиак и отсутствуют нитраты, значит, загрязнение органическими веществами произошло недавно и она вредна. Итак, если говорить о качественной воде, то она не должна содержать аммиака и азотной кислоты (нитритов).

Ионы аммония

Ионы аммония также указывают на загрязнение или близость его источника. Обычно повышенные концентрации этого вещества обнаруживаются рядом с коммунальными очистными сооружениями, крупными поселениями, животноводческими фермами. Вода, в которой превышено ПДК аммония, может вызвать нарушение окислительной функции крови. Согласно нормам СанПиН, в воде должно содержаться не больше 2,0 мг/л аммония, 3,0 мг/л нитритов и 45,0 мг/л нитратов.

Фториды и йодиды

Фториды и йодиды относятся к той группе веществ, и недостаток, и избыток которых может стать причиной возникновения серьезных болезней. Если говорить о йоде, то он необходим для правильной работы щитовидной железы. Различные заболевания, в том числе и зоб, могут развиться, если суточная доза этого микроэлемента составляет меньше 0,003 мг или больше 0,01 мг. Кстати, восполнить дефицит йода достаточно просто: для этого необходимо включить в рацион морепродукты (особенно полезна морская капуста), а также рыбу и йодированную соль.

Недостаток в воде фтора вызывает кариес, а вот его переизбыток − флюороз (эмаль зубов покрывается пятнами), малокровие и рахит. Ученые называют оптимальной концентрацией микроэлемента в воде 0,7-1,2 мг/л. При меньшем содержании нужно использовать зубные пасты с добавлением фтора. Нужно отметить, что этот элемент − один из немногих, которые лучше всего усваиваются человеческим организмом именно из воды. Альтернативным источником фтора могут послужить разве что ананасы.

Железо

Железо, содержащееся в воде, бывает нескольких типов:

1. Бактериальное. Не обнаруживается невооруженным взглядом при небольшом количестве. В скважинах и водоемах может создавать мягкий желеобразный осадок или радужную пленку на поверхности воды.
2. Коллоидное. В норме не должно превышать 0,3 миллиграмма на литр воды. Растворенное коллоидное железо может окрасить воду в коричневые, желтоватые или красные оттенки.

Воду с повышенным количеством железа не рекомендуется использовать в быту и для питья. Оно может нанести ущерб:

1. Здоровью. При постоянном употреблении воды с повышенным количеством железа увеличивается риск язв желудка и двенадцатиперстной кишки.
2. Бытовой технике. Железо оседает на стенках водопроводных коммуникаций, может приводить к поломке стиральных, посудомоечных и других машин.

Концентрация свыше 1 миллиграмма железа на литр воды отчетливо заметна. Жидкость приобретает неприятные запах и вяжущий вкус, которые сохраняются при кипячении.

Марганец

Согласно нормам, безопасное количество марганца в одном литре воды — до 0,1 миллиграмма. При концентрации выше его легко заметить. Вода приобретает:

• бледно-розовый цвет;
• отчетливый неприятный вкус.

Суточная норма марганца для человеческого организма не превышает 7 мг. Он содержится в крупах, шоколаде, бобовых и других продуктах. Употребляя воду с повышенным содержанием Mn, можно спровоцировать заболевания щитовидной железы.

Ртуть

Ртуть — это опасное вещество и редкий металл, количество которого в питьевой воде не должно превышать 500 нг на литр. «‎Нг» — это нанограмм, равный одной миллиардной грамма. Безопасный уровень для водопроводных и отопительных систем составляем 0,0005 мг/литр. В большинстве случаев в воде содержатся примеси относительно безопасной органической ртути — метил- и этилртути.

Ртуть не растворяется в воде и может попасть в нее только в виде паров. Обнаружить ее можно только лабораторным способом — исследования стоков регулярно проводятся Роспотребнадзором. Вода загрязняется неорганической ртутью в редких случаях — во время техногенных катастроф и различных производственных аварий.

Алюминий

Допустимое количество примесей алюминия в водопроводной воде — не более 0,2 миллиграмм на литр. Это значение установлено СанПин РФ и рекомендовано всемирной ассоциацией здравоохранения. Избыток алюминия в воде можно увидеть невооруженным глазом. Об этом свидетельствуют следующие признаки:

• изменяются вкус и запах воды — становятся неприятными;
• жидкость приобретает мутность, выпадает осадок — при высокой концентрации.

Алюминий негативно влияет на нервную систему человека, может нарушить синтез гемоглобина и фосфорно-кальциевый обмен. Это приводит к болезням опорно-двигательного аппарата — остеопорозу, бурситу, остеохондрозу. Самый лучший способ очистить воду от алюминия — системы обратного осмоса.

Сульфаты

Сульфаты — это большая группа минералов (более 200), представляющая из себя соли серной кислоты (H2SO4). Согласно санитарным нормам, их количество в водопроводной воде не должно превышать 500 миллиграмм на кубический дециметр жидкости. Повышенное количество сульфатов легко определяется на вкус. Вода приобретает солоноватый привкус с легкой горчинкой, ее неприятно пить.

Органолептические показатели качественной воды

Под органолептическими показателями понимаются те характеристики, которые определяют потребительские качества воды − это вкус, запах, цвет, прозрачность. Их может определить каждый человек, полагаясь на свои органы чувств. Ключевые органолептические характеристики не поддаются формальному измерению. Именно поэтому вкус и запах измеряют экспертным путем и оцениваются по пятибалльной шкале.

Сразу отметим, что химически чистая вода абсолютно не пахнет и лишена какого бы то ни было привкуса. Допустимая интенсивность для этих показателей − 2 балла. На вкус воды влияют растворенные в ней органические и неорганические вещества. Этот показатель определяется по характеру (кислый, сладкий, горький, соленый) и интенсивности (выявляется при температуре 20 °С и оценивается по пятибалльной шкале).

Цветность характеризует интенсивность окраски жидкости. Ее определяют путем сравнения исследуемой воды с эталоном. ПДК цветности − 20 градус Pt-Co шкалы. Мутность вызывается наличием в воде органических и неорганических тонкодисперсных взвесей. Обратите внимание, что высокая мутность препятствует ультрафиолетовому обеззараживанию, а значит, в такой воде будет больше бактерий.

Вкус

Вкус воды зависит от ее состава и количества растворенных примесей. Один из основных параметров, влияющих на органолептические свойства — жесткость. Она зависит от количества солей кальция и магния, содержащихся в воде. Их повышенное количество делает воду горьковатой на вкус. Чрезмерно умягченная жидкость может иметь кисловатый или сладковатый оттенки. Оптимальное количество солей жесткости составляет 4-8 ммоль или 1 миллиграмм на литр.

Примеси, растворенные в воде и влияющие на ее вкус при повышенной концентрации:

1. Хлорид натрия (NaCl). Вода приобретает соленый привкус.
2. Сульфат магния. (MgSo4). Делает воду горькой.
3. Диоксид углерода / углекислый газ (СО2). Придает жидкости кислый, неприятный вкус.
4. Железо (Fe). Легко узнаваемые металлический привкус и запах.
5. Хлор и аммиак (Cl, NH3). Создают узнаваемый химический привкус.
6. Органические вещества. Вещества, образованные активностью моллюсков, различных водорослей, разложением. Делает воду сладковатой.

Согласно ГОСТ Р 57164-2016, вкус воды оценивается по пятибалльной шкале. От 0 до 2 вода считается пригодной для питья:

• 0 — вкус отсутствует;
• 1 — слабый, едва ощутимый привкус;
• 2 — более яркий привкус, не вызывающий неприятных ощущений.

Вода от трех до пяти баллов имеет вкус, который вызывает неодобрительный отзыв и неприятна по органолептическим свойствам:

• 3 — заметный привкус, при котором воду все еще можно пить;
• 4 — возникает отчетливый неприятный вкус, отбивающий желание пить воду;
• 5 — отчетливый неприятный вкус, жидкость непригодна для питья.

Запах

По аналогии со вкусом, ГОСТ устанавливает пятибалльную систему оценки запаха воды. Он имеет схожую систему, при которой жидкость в диапазоне 0-2 не вызывает неприятных ощущений. Вода, оцениваемая по запаху в 3-5 баллов, непригодна для питья.

Характерные запахи воды, указывающие на повышенное количество различных примесей:

1. Гнилостный, затхлый или рыбный. Повышенное количество органики. Оно характерно в период цветущей воды, когда в ней активно размножаются микроорганизмы. Такой запах также образуется в аквариумах при их редкой очистке.
2. Хлорный. Характерен для водопроводной воды, очищенной на городских сооружениях.
3. Железный. Характерный запах железа может быть у прозрачной водопроводной воды. При отстое со временем она может помутнеть.
4. Тухлых яиц. Неприятный запах образуется при высокой концентрации сероводорода (H2S).
5. Аптечный или лекарственный. Повышенная концентрация аммиака. Причиной могут быть примеси фенолов, попадающие в воду со стоков различных промышленных предприятий. Специалисты не рекомендуют пить воду, имеющую аптечные или лекарственные ароматы.

Вода, пригодная для питья, не должна иметь отчетливых неприятных запахов.

Цветность воды

Чистая питьевая вода должна быть голубоватого оттенка, который может усиливаться в зависимости от толщины слоя жидкости. Измененный цвет сигнализирует о загрязненности различными видами примесей. Наиболее часто встречаются следующие оттенки:

1. Белый. Повышенное содержание кислорода. Вода пригодна для питья. Кислород со временем вытесняется, вода приобретает голубоватый оттенок.
2. Желтый, серый или светло-коричневый. Примеси глины, песка, ила и других природных загрязнений. Также одна из основных причин — гуминовые вещества или «‎гумус» (перегной), содержащиеся в почве и попадающие в подземные воды.
3. Зеленый, красный или ярко-желтый. Вода загрязнена органическими примесями — одноклеточными водорослями, фитопланктоном.
4. Желтовато-прозрачный. Свидетельствует о повышенном количестве растворенных металлов.

Мутность

Пригодная для питья вода должна быть прозрачной и не иметь видимой мутности. В лабораторных условиях, согласно ГОСТ, ее измеряют нефелометром (мутномером) и изготавливают специальные суспензии. Определить мутность воды также можно невооруженным взглядом.

Основные причины мутности воды:

1. Примеси грязи, песка, ила и различных неорганических соединений — гидроксидов и карбонатов различных металлов.
2. Большое количество органики — планктона. бактерий.
3. Примеси окисленных железа и марганца, образующих коллоидные соединения.

Мутная вода позволяет размножаться микроорганизмам, защищая их от ультрафиолетового излучения. Она вызывается различными примесями, которые остаются в жидкости во взвешенном состоянии и не могут раствориться полностью.

Единица измерения мутности «‎по формазину» (специальному полимеру) — ЕМФ. Он выявляется в лабораторных условиях фотометрическим способом и, согласно нормам СанПина РФ, должен быть в пределах:

• от 0,5 до 1 — для очищенной питьевой воды, упакованной в различные емкости;
• до 3,5 — для водопроводной воды, очищенной на городских сооружениях.

Объём раскрытия - столько, сколько необходимо для закрытия потребности пользователя.