CC BY
191
Р.Х. Мусин, Н.А. Курлянов, З.Г. Файзрахманова, Р.З. Мусина О качестве вод, используемых в системах питьевого водоснабжения города Казани
УДК628.1+556.3.02
Р.Х. Мусин, Н.А. Курлянов, З.Г. Файзрахманова, Р.З. Мусина
Казанский федеральный университет, г. Казань E-mail: Rustam.Musin@kpfu.ru
О качестве вод, используемых в системах питьевого водоснабжения города Казани
Питьевое водоснабжение г. Казани осуществляется на основе разнотипных вод. Рассмотрено качество вод систем централизованного водоснабжения; родниковых и бутилированных вод; вод, реализуемых в специализированных киосках; частично замороженной и профильтрованной через популярные фильтры «Аквафор», «Барьер», «Prima» водопроводной воды. Показано, что ситуация с питьевым водоснабжением города не совсем удовлетворительная. Для решения этой проблемы предлагается контролируемое расширение сферы децентрализованного водообеспечения в виде реализации бутилированных и разливаемых в специальных киосках природных физиологически полноценных и доступных по цене питьевых вод. Также рассматривается необходимость пересмотра подходов к недропользованию в ближайшей 5-20 км окрестной зоне крупных городов. При наличии здесь проявлений высококачественных питьевых вод их водосборные площади должны использоваться для ведения экологически чистого производства, включая организацию добычи и розлива воды.
Ключевые слова: качество питьевой воды, бутилированная вода, фильтры для доочистки водопроводной воды, физиологически полноценные воды.
Введение и постановка задачи
Роль и современное состояние природных вод можно охарактеризовать следующими хорошо известными данными - около 80 % всех заболеваний связано с употреблением некачественной воды; в России к началу XXI в. было загрязнено примерно 70 % поверхностных вод и около 30 % объёма пресных подземных вод; 70 % предприятий жилищно-коммунального хозяйства подают потребителям воду, качество которой не отвечает санитарным нормам (Зекцер, 2001; Плотников, 1998; Экологически чистые, 1998). В связи с этим, в последние 20 лет в нашей стране стали бурно развиваться системы водообеспечения, дополняющие централизованное хозяйственно-питьевое водоснабжение (ХПВ), - использование родниковых и бутилированных вод, фильтровых установок и др. Реализация питьевой воды в различных формах и бытовых фильтров по доочистке водопроводной воды в крупных городах стала высокодоходным бизнесом, а ситуация с питьевым водоснабжением на первый взгляд приобрела удовлетворительный характер. Анализ состояния этого водоснабжения и качества используемых питьевых вод представляет весьма актуальную задачу. Так рассмотрение качественных характеристик различных систем водообеспечения некоторых городов и работоспособности отдельных типов фильтров выявило достаточно много негативных фактов и явлений, которые, к сожалению, не подвергаются широкому обсуждению и остаются малоизвестными (Иванов и др., 2010; 2012; Шепелев, Федорова, 2010; Хващевс-кая, Копылова, 2012).
Цель работы - оценка качества вод, используемых в качестве питьевых в г. Казани, и обоснование наиболее эффективных мер по улучшению систем децентрализованного водообеспечения города.
Объекты и методы исследования
Водоснабжение г. Казани, как и многих других крупных российских городов (Москва, Санкт-Петербург, Н. Новгород и др.), базируется на использовании поверхностных вод. Централизованное ХПВ города осуществляется за счет волжской воды Куйбышевского водохранилища
и, в меньшей степени, подземных вод нескольких водозаборов. Производительность Волжского водозаборасостав-ляет около 550 тыс. м3/сут, из них 80 % используется для ХПВ. Качество воды на его выходе довольно высокое, так из более чем 50 тысяч ежегодно проводимых химических и бактериологических анализов воды, количество анализов, не соответствующих питьевому стандарту, составляет не более 3 % (Государственный доклад, 2006). Производительность подземных водозаборов обычно не превышает 30 тыс. м3/сут. Они каптируют воды плиоцен-четвертич-ного терригенного или казанского сульфатно-терригенно-карбонатного водоносных комплексов, характеризующихся приповерхностным развитием и сравнительно высокой водообильностью (Каштанов, 1979), и используются для ХПВ отдельных микрорайонов, удаленных от центральной части города, - пос. Аки, Дербышки, Кадышево, Нагорный и др. В отдельных случаях применяется смешение вод Волжского и подземных водозаборов. Качество систем централизованного ХПВ оценивалось по анализу водопроводной воды, отобранной прямо «из-под крана».
Непосредственно у потребителей водопроводная волжская вода очень часто отличается неблагоприятными органолептическими свойствами - возможность появления запаха, повышенной мутности, проявление цветности; а воды многих подземных источников, в первую очередь казанского водоносного комплекса, характеризуются повышенной жёсткостью (здесь и далее понимается общая жёсткость). Это и определило вышеотмечен-ную популярность питьевого использования другого типа вод и разнообразных фильтров. По недавно проведенным опросам населения доля казанцев, использующих бутилированную воду, составляет 30 %; фильтры для доочистки водопроводной воды - 25 %; воду, реализуемую в специальных киосках «Ключ здоровья», которые сейчас установлены по всему городу, - 5-10 %; остальные горожане потребляют водопроводную воду, при этом не исключается использование воды популярных родников (Иванов и др., 2010).
Окрестности Казани довольно богаты выходами родниковых вод. В аналитическом отношении был изучен
^ научно-технический журнал
3(58) 2014 Георесурсы
R.Ch. Musin, N.A. Kurlianov, Z.G. Fayzrahmanova, R.Z. Musina The Quality of Water Used for Potable Water Supply Systems in Kazan
лишь широко известный Акинский родник, расположенный на северо-восточной окраине города (пос. Аки, дебит 5 л/с).
В настоящее время в Казани в разных формах распространяется не менее 50 торговых марок бутилированной воды. Особенности состава были определены для негазированных разностей 17 наиболее популярных марок воды, реализуемых в торговых центрах, и 6 марок, доставляемых заказчику многими коммерческими организациями в крупных ёмкостях (19 л). Также были проанализированы воды, разливаемые в специальных киосках, принадлежащих компании «Вамин».
Наиболее широко используемыми фильтрами для доочистки водопроводной воды являются фильтры кувшинного типа «Аквафор» и «Барьер». Они компактны, просты и удобны в использовании, а также наиболее экономичны (стоимость сменного модуля очистки составляет 150-180 руб.). Модули очистки (картриджи) этих фильтров заполнены активированным углем и ионно-обменной смолой. Ионно-обменный процесс очистки применяется и в других фильтрах, картриджи которых могут содержать и блоки для минерализации воды. Такие фильтры обычно имеют более крупные размеры и более высокую стоимость. Одним из них является интенсивно рекламируемый фильтр «Prima». Авторами изучена эффективность работы указанных трех типов бытовых фильтров путем анализа отдельных порций профильтрован-
ной воды, при этом через «Аквафор» было пропущено 86 литров однотипной водопроводной воды, через «Барьер» - 128 л, через «Prima» - 100 л. В фильтры вода заливалась последовательно: в «Аквафор» и «Барьер» по 1 литру, в «Prima» - 2 л.
В последнее время популярным становится использование в качестве питьевой талой воды - продукта частичной заморозки обычной воды. Во многом это связано с широким освещением в средствах массовой информации её лечебных свойств. Частичная заморозка воды является очень эффективным средством её очистки практически от всех минеральных и органических веществ. При этом незамёрзшую часть воды, где и происходит концентрирование растворенных компонентов, необходимо удалить, а в качестве питьевой использовать замерзшую часть после её оттайки. Медики советуют дополнительно убирать самую первую ледяную корку, характеризующуюся кристаллизацией тяжёлой (дейтериевой) воды (Иванов и др., 2010). Особый интерес представляют качественные характеристики талой воды, полученной при различной степени заморозки определённого вида первичной воды. Они выявлены для двух типов водопроводной воды, отличающихся по минерализации и другим показателям состава. При этом анализировались как замёрзшая, так и незамёрзшая части с целью проверки сходимости солевого баланса с первичной водой.
Аналитические исследования заключались в проведении сокращенного по (Отраслевой стандарт, 1986) химического анализа воды с определением -pH, электропроводности, концентраций кремнекислоты (SiO2), Fe _ и ионов: HCO-, SO2-, Cl-,
общ 3 5 4 5 5
NO-, NO-, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH +, а также перманганатной окисляемости, расчетной и кондуктометрической минерализации (17 параметров). При этом использовались титриметрический, потенциометрический, кондуктометрический, спектрофотометрический, атомно-абсорбционный методы анализа, которые велись по тестированным методикам (Резников и др., 1970 и др.). При изучении работоспособности фильтров на начальном этапе их использования (фильтрация первых 5 литров) в каждом литре фильтратов сразу определялись pH, кондуктометрическая минерализация, концентрации Ca2+, Mg2+, Na+ и K+. Далее эти же параметры фиксировались через каждые последующие 5 литров. Полный же перечень компонентов в фильтратах выявлялся в меньшем количестве проб (примерно через 5-30 литров). Также периодически проводилось опре-
Разновидности вод Местоположение пункта опробования Формула ионного состава Категории качества
обычная питьевая вода вода более высокого кач-ва
Система централизованного ХПВ Первично волжская вода Вахитовский р-н, ул. Кремлевская S0459HC03 29С71IN031 0,4 Mg52Ca44Na4 +
Ново-Савин. р-н, ул. Меридианная SOA 45HC0341C/13N03 2 0,36 Ca58Mg35Na7 +
Московский р-н, ул. Батыршина HC0358S0426C115N03\ 0,36 Ca55Mg38Nal +
мкр. Горки, ул. Дубравная HC0339 SO4 31C122N03 2 0,4 Ca54Mg4\Na5 +
мкр. Азино, ул. Сахарова HC0349SO435Cl\ 5N031 0,33 Ca51 Mg32Na\0K\ +
Поверх, и подз.воды Советский р-н, ул. Пионерская HC03 44SOa 43С/12N031 0,59 Ca59Mg35Na6 (Ж 1,14; Ок 1,12)
Подзем. воды пос. Дербышки, ул. Мира SOA 5 8HC03 35C15NO, 2 1,5 Cal9Mg\4Nal (М-до 1,5; Ж-доЗ)
Родниковые воды Акинский родник HC0365S0428C15N032 0,61 Cal4Mg25Na\ (Ж. 1,1)
Бодав специали- зированных киосках Советский р-н, ул. Аделя Кутуя HC0390C18S04\N03\ 0,47 Na91Ca2Mg\ +
Ново-Савин. р-н, ул. Меридианная HC03 84S04 801N031 0,49 Na91Ca3 + —
Табл. 1. Качественная характеристика водопроводной, родниковой воды и воды специализированных киосков. В четвёртой графе в скобках отражены параметры состава воды, определяющие её питьевую некондиционность (М- минерализация, Ж - жёсткость, Ок - перман-ганатная окисляемость), и коэффициенты превышения ПДК.
/"^scientific and technical journal
oeoresources 3(58) 2014
Р.Х. Мусин, Н.А. Курлянов, З.Г. Файзрахманова, Р.З. Мусина О качестве вод, используемых в системах питьевого водоснабжения города Казани
деление состава первичной фильтруемой воды. При этом учитывались следующие 4 категории качества
Качество питьевых вод определялось на основе их хи- питьевых вод - обычная питьевая вода систем централи-
мического состава и оценки органолептических свойств. зованного ХПВ (Питьевая вода, 2001), бутилированная
№ п/п Торговая марка воды Тип и расположение водоисточн. Цена 1 л воды (руб.) Категория кач-ва по организаторам розлива Данные исследований авторов
Ионный состав Категор. кач-ва
1 Агуша Скваж., Московская обл. 15 Бутил, высшей кат. нсо3шо,13с1зт,1 0,29 Ca55Mg34Na7K4 Бутил, высшей кат.
2 Аква-Вита Скваж., Лаишевский район РТ 10 Бутил, первой кат. ЯС03 7450,11СЛ0М?3 5 0 22 Mg52Ca4QNaS Бутил, первой кат.
3 Аква-Минерале Скваж., Московская обл. 19 Бутил, первой кат. НС03 5250,35С/10Щ 3 0,06 Na67Ca25K& Бутил, первой кат.
4 Альдермышский источник Скваж., Высогокорск. район РТ 10 Бутил, первой кат. HC03 7750,21С/2 0,4 Ca56Mg3SNa5Kl Бутил, первой кат.
5 Архыз Карачаево -Черкесская Республика 10 - ЯС037950,11С/10 М. 3 °'25 Mg4SNa47Ca5 Бутил, первой кат.
6 Бахэтле Скваж., г. Казань 12 Бутил, первой кат. НС03 8450, 8С/8 0,46 Na96Ca3K\ Бутил, первой кат.
7 Бон-Аква «Очищенная» в/проводная вода, г.Самара 23 Бутил, первой кат. C№SO,2lHCOA3NO,3 М. 3 3 0,3 Mg50Ca32Nal7K\ Обычн питъев. вода
8 Вамин «Очищенная» родник, вода, Арск. р-н РТ 3,5 Бутил, первой кат. ЯСО3815О,10СТ7ЯО32 0,6 Na98Ca\Mg\ Бутил, первой кат.
9 Волжанка Скваж., Ульянов.обл. 10 Бутил, высшей кат. HC03 5850,34C/8 0,37 Ca37Mg37Na25Kl Бутил, высшей кат.
10 Живой Ключ Скваж., Лаишевский район РТ 8 Бутил, высшей кат. нсо3шо4\%ато3\ 0,29 Ca78Mg\7 NalKl Бутил, первой кат.
11 Казань 1000-летняя «Очищенная» родник, вода, Арск. р-н РТ 8 - ЯСО, 8350,13C/4 - s ■ Na96Ca3Mg\ Бутил, первой кат.
12 Липецкий бювет Скваж., г. Липецк 15 Бутил, высшей кат. ,, ЯСО, 6350,22CT10MX 5 M. ОЧ о 0,2 Ca80Nal2Mg6K2 Бутил, первой кат.
13 Мензелинка Скваж., Мен-зелинск. р-н РТ 12 - lir НСОЖ1 SO49C14 °' Na96Ca2Mg2 Бутил, первой кат.
14 Оли-Роли Скваж., Лаишевский район РТ 10 Бутил, высшей кат. ,, HCO, 5350,24C12 lNO% 2 M. J4 О 0,13 Ca44Mg44Na\ QK2 Бутил, первой кат.
15 Раифский источник Скваж., Зеленод. р-н РТ *-10 Буши. первой кат. „ ЯСО,765О,20С/4 M. 3 0,4 Na45Mg29Ca25K\ Бутил, первой кат.
16 Родники России Источник, Ставрополье 15 - ,, HCOJ4SOA3Cl\2NOA A£ 0 4 O 0,6 NaS8Ca8Mg3Kl Бутил, первой кат.
17 Сестрица Скваж., Республика Марий-Эл 8 - S0a46HC0344C17N033 °'3 Ca44Mg3SNalS Бутил, первой кат.
18 Хотнинская Скваж., Арский р-н РТ 8-10 Бутил, первой кат. ,, HC03 7250,26C/2 M. 3 H 0,6 Ca6SMg27Na4Kl Бутил, первой кат.
19 Хрустальный колодец Скваж., г. Набережные Челны 12 - ,, HCO. 7550,19C15NO, 1 M 0 4 О 0,5 Ca4QNa3\Mg27K2 Бутил, первой кат.
20 Шифа Скваж., Лениногорский р-н РТ 14 Бутил, первой кат. HC0351S0444C14N031 0,7 Na5\Ca3\Mg\7K\ Бутил, первой кат.
21 Шифалы-Су Скваж., Менделеевск. р-н РТ 10 Бутил, первой кат. w HCO, 6550,2708 ■^0 64 3 ■ Ca60Mg35Na5 Непитьевое
Табл. 2. Качественная характеристика бутилированных негазированных вод. В 4 графе полужирным курсивом приведена стоимость воды, доставляемой заказчику в 19 л ёмкостях, обычным шрифтом - стоимость воды в 1,5 л бутылях, которые приобретались в крупных торговых центрах; физиологически неполноценными являются воды торговых марок под номерами 3, 6, 8, 11, 13, 14, 16; «Шифалы Су» характеризуется высокой жёсткостью (9,2 ммоль/дм3), в связи с чем, эта вода не может быть рекомендована для ежедневного употребления.
^ научно-технический журнал
3(58) 2014 Георесурсы
R.Ch. Musin, N.A. Kurlianov, Z.G. Fayzrahmanova, R.Z. Musina The Quality of Water Used for Potable Water Supply Systems in Kazan
вода первой и высшей категорий (Питьевая вода, 2002), а также требования к экологически чистым подземным водам высшего питьевого качества (Экологически чистые, 1998). Наименее строгими являются требования к качеству первого типа вод, а наиболее жесткими - к четвертому. Эти нормативные требования для обычных питьевых вод и бутилированных вод первой категории включают лишь предельно-допустимые концентрации (ПДК) отдельных компонентов и лишь в единичных случаях, например для рН, они фиксируют необходимый диапазон значений (минимум-максимум). Такой подход определяет безвредность воды, но не характеризует её физиологическую полноценность, которая должна отражаться не только предельными верхними, но и нижними концентрациями компонентов, т.к. многие из них (Ca, Mg и др.) мы должны получать именно из воды. Физиологическая полноценность воды учитывается требованиями к качеству третьего и четвертого отмеченных типов питьевых вод.
Гидрогеохимический тип воды определялся согласно (Отраслевой стандарт, 1986), по которому при наименовании воды учитываются компоненты с концентрациями 20 и более %-моль, а перечисление анионов и катионов идет в порядке возрастания их содержаний.
Результаты и их обсуждение
Вода Волжского водозабора у потребителей отличается благоприятным макрокомпонентным составом (Табл. 1). Она умеренно минерализована (0,3-0,5 г/дм3), довольно мягкая (жёсткость 4,4-6 ммоль/дм3), что определяется особенностями состава воды Куйбышевского водохранилища, минерализация которой в летнюю межень обычно не превышает 0,4 г/дм3, а жёсткость - 4-5 ммоль/дм3. Но органолептические свойства этой воды, как ранее отмечалось, далеко не идеальны. Некоторые флуктуации её химического состава в разных частях города определяются вариациями времени опробования, а также протяжённостью и состоянием водопроводных сетей.
Подземные воды пермских отложений, используемые
для централизованного ХПВ, отличаются повышенной минерализацией и жёсткостью, отчего страдают жители пос. Аки, Дербышки, Нагорный, куда вода подается с Акинского водозабора. Одноименный родник, дренирующий терригенно-карбонатные образования верхнеказанского подьяруса, характеризуется жестковатой водой (7,8 ммоль/дм3). При этом качество воды Акинского родника превышает таковое других известных родников, где лимитирующими их питьевое использование в дополнение к жёсткости могут выступать и сверхпредельные содержания соединений азота, органических веществ, железа и ряда тяжёлых металлов.
Следует особо остановиться на качестве воды, реализуемой в специализированных киосках «Ключ Здоровья». Она имеет гидрокарбонатный натриевый (содовый) состав и отличается крайне низкой жёсткостью - 0,1 -0,2 ммоль/дм3. Это обусловливает физиологическую неполноценность данной воды, т.к. минимальное суммарное содержание в воде крайне необходимых нам ионов Ca и Mg должно быть не менее 1,5 ммоль/дм3. Поэтому воду специализированных киосков нецелесообразно употреблять детям и пожилым людям, так как ультрамягкая вода неблагоприятна для развития костной системы и при проявлении сердечно-сосудистых и др. заболеваний. Отмеченные особенности состава этой воды определяются тем, что она является продуктом многоступенчатой очистки (озонирование, обезжелезивание, умягчение и др.) подземных вод пермских отложений, отбираемых в районе г. Арска Республики Татарстан. В природных же условиях РТ, характеризующихся широким развитием в верхней части геологического разреза относительно хорошо растворимых карбонатных и, реже, сульфатных соединений кальция и магния (известняки, доломиты, гипсы), формирование такого типа вод маловероятно. Здесь только жёсткость атмосферных осадков составляет как минимум 0,2 ммоль/дм3, а их даже кратковременное взаимодействие с почвами и хорошо промытыми плиоцен-четвертичными глинисто-песчаными
Общая жесткость и ионы Mg2+
Жесткость (нефилыр. вода)
Жесткость (фильтр, вода) Перерыв в фильтрации Mg (нефилыр. вода)
Mg (фильтр, вода)
. Са (нефильтр. вода)
_ Са (фильтр, вода)
_ Na (нефильтр. вода)
_ Na (фильтр, вода)
Перерыв в фильтрации
Рис. Изменение содержаний ионов магния, кальция, натрия и значений общей жесткости (в ммоль/дм3) в ходе фильтрации умеренно жёсткой водопроводной воды (левые рисунки - «Аквафор», правые - «Барьер»).
I vn scientific and technical journal
I (jeoresources 3(58) 2014
Р.Х. Мусин, Н.А. Курлянов, З.Г. Файзрахманова, Р.З. Мусина О качестве вод, используемых в системах питьевого водоснабжения города Казани
породами приводит к увеличению жёсткости неглубоко залегающих подземных вод до 0,8-1 ммоль/дм3, взаимодействие же с пермскими отложениями - как минимум до 2-3 ммоль/дм3 (Мусин и др., 2013).
Особенностью бутилированных негазированных вод является то, что из 21 проанализированных наиболее популярных торговых марок лишь единичные типы отвечают водам высшей категории качества, хотя стоимость воды во многих случаях довольно значительная (Табл. 2). Также неблагоприятным фактом выступает то, что качество некоторых типов вод не отличается физиологической полно-
ценностью в связи с их крайне низкой жёсткостью и, реже, минерализацией. Реализуемые ультрамягкие воды, как и воды, разливаемые в киосках компании «Вамин», прошли довольно сложную водоподготовку с использованием ионно-обменных и мембранных фильтров. Особенностью первых является то, что на их выходе вода отличается нормальной минерализацией - 0,4-0,6 г/дм3, что лишь несколько ниже общего солесодержания первичной воды, и натриевым катионным составом - концентрации Na+ достигают 90-98 %-моль, при общей жёсткости 0,2-0,8 ммоль/дм3 (такими особенностями состава характеризуются воды торговых марок «Бахэтле», «Ва-мин»,«Казань 1000-летняя», «Мензелинка», «Родники России»). Мембранные же фильтры (установки обратного осмоса) на выходе дают практически дистиллированную воду, которую далее необходимо искусственно насыщать солями. В зависимости от типа и количества последних воды могут обладать варьирующими в широких пределах макрокомпонентным составом и минерализацией. Мембранные технологии водоочистки могли быть применены при подготовке вышеуказанных мягких вод, и они скорее всего использовались при водоподготовке «Аква-Минерале», судя по её крайне низкой минерализации, характерной для атмосферных осадков, и «Бон-Аква» - в связи с её сульфатно-хлоридным анионным составом при солесодержании 0,28 г/дм3, что обычно не характерно для природных вод.
Заморозке различных степеней были подвергнуты водопроводные разности воды с ул. Пионерская и пос. Дербышки (Табл. 1,3), жёсткости которых в момент проведения анализов составляли, соответственно, 8,0-8,6 и 18,6-21,0 ммоль/дм3. Степень очистки от минеральных примесей первого типа воды варьирует от 65-75 % при степени заморозки 0,75 до 9098 % при заморозке 0,25; а у воды пос. Дербышки соответствующие показатели составляют - от 20-60 % при степени заморозки 0,55 до 6084 % при заморозке 0,25.
№ п/п Разновидности вод Формула ионного состава Категории качества
обычная питьевая вода вода более высокого пит, качества
1 Талая вода (степень заморозки 0,25) SO4 58HCO3 37Cl 4NO31 M0 08 —4 3 — Ca65Mg 22 Na12K1 + Бутилированная первой категор,
2 Талая вода (степень заморозки 0,5) SO4 48HCO3 43 Cl 7 NO32 M 01 —4 3 — Ca62Mg32Na5K1 + Бутилированная первой категор,
3 Талая вода (степень заморозке 0,75) ,, SO4 63HCO3 29 Cl 7 NO31 M 019 —4 3 — Ca55Mg 40Na5 + Бутилированная первой категор,
4 Талая вода (степень заморозки 0,23) ,, SO456HCO3 27 Cl 16NO31 M 033 Ca82 Na10Mg7K1 + Бутилированная первой категор,
5 Талая вода (степень заморозки 0,55) SO477HCO3 20Cl 3 M 06 —4 3 Ca68Mg 21Na10K1 + -
6 Фильтрован, вода (5-й литр - «^оафор») ,, SO4 62HCO3 26Cl11NO31 M HD 3 048 Na81K10Mg 6Ca3 + -
7 Фильтрован, вода (15-й литр - «Метафор») SO4 66HCO3 25Cl8NO31 M 063 —4 3 — Na33Ca33Mg28K6 + -
8 Фильтрован, вода (25-й литр - «Метафор») ,, SO4 60HCO3 31Cl8NO31 M 06 —4 3 — Ca 48Mg38Na13K1 + -
9 Фильтрован, вода (50-й литр - «^оафор») ,, SO459HCO3 31Cl9NO31 M 053 Ca56Mg38Na6 + -
10 Фильтрован, вода (86-й литр - «^таафор») SO4 64HCO3 22Cl11NO3 3 M037 —4 3 — 0 Ca52Mg38Na10 + Бутилированная первой категор,
11 Фильтрован, вода (5-й литр - «Барьер») SO472HCO320Cl8 M065 —4 3 Na95Ca 2Mg 2K1 + Бутилированная первой категор,
12 Фильтрован, вода (15-й литр - «Барьер») ,, SO4 62HCO3 27Cl10NO31 M 053 Na66Mg 22Ca10K 2 (pH 0,99) -
13 Фильтрован, вода (25-й литр - «Барьер») SO4 64HCO3 27 Cl8NO31 M055 —4 3 — 0 Mg50Ca37Na12K1 (pH 0,99) -
14 Фильтрован, вода (50-й литр - «Барьер») ,, SO4 58HCO3 31Cl 9NO3 2 M 052 Mg50Ca 43Na7 + -
15 Фильтрован, вода (73-й литр - «Барьер») SO4 55HCO3 33 Cl11NO31 M044 4 3 — 0 Ca55Mg36Na9 + -
16 Фильтрован, вода (100-й литр - «Барьер») , ^ SO4 60HCO3 29Cl10NO31 M 4 3 3 042 Mg49Ca43Na8 + -
17 Фильтрован, вода (128-й литр - «Барьер») , , SO4 43HCO3 43Cl12NO3 2 M 041 Ca58Mg34Na8 + -
18 Фильтрован, вода (2-й литр - «Прима») ,, SO4 57HCO3 36Cl6NO31 M, 48 1,48 Na64Ca24Mg8K4 - -
Табл. 3. Особенности состава жесткой водопроводной воды, подвергнутой частичной заморозке и фильтрации через бытовыге фильтрыг «Аквафор», «Барьер» и «Прима». Первыые три разности талой водыг полученыг при заморозке водопроводной водыг с ул. Пионерская (Табл. 1), остальныге две - водыг пос. Дербыышки.
^ научно-технический журнал
3(58) 2014 Георесурсы ШШ
R.Ch. Musin, N.A. Kurlianov, Z.G. Fayzrahmanova, R.Z. Musina The Quality of Water Used for Potable Water Supply Systems in Kazan
Для получения безвредного и физиологически полноценного продукта степень заморозки воды типа дербышкин-ской должна составлять 0,25-0,3, а всех других типов казанской водопроводной воды - не менее 0,5-0,7.
Эффективность работы популярных и доступных фильтров «Аквафор» и «Барьер» с картриджами для умягчения воды проверялась на основе умеренно жёсткой воды с ул. Пионерская, а фильтр «Прима» был использован для очистки воды пос. Дербышки. Принцип действия всех трёх фильтров одинаковый. В них реализуются сорбционные процессы (на активированном угле) и ионно-обменные реакции, но их ход и результаты фильтрации довольно сильно различаются, что связано с особенностями состава использованной первичной воды.
Фильтры «Аквафор» и «Барьер» работают практически идентично. Они снижают жёсткость воды до приемлемого уровня, при этом на начальных этапах фильтрации (первые 20-40 литров водопроводной воды) её уменьшение происходит за счет ионно-обменных процессов, а потом - за счет сорбции ионов кальция и магния (Рис.). Также в ходе фильтрации снижаются в различной степени значения: минерализации (с 575-655 до 344646 мг/дм3), рН (с 7,03-7,18 до 5,27-6,85), перманганатной окисляемости (с 7,84-8,0 до 0,32-4,0 мгО/дм3), концентраций гидрокарбонат-ионов (с 220-256 до 61-170 мг/дм3), а сульфаты и хлориды ведут себя индифферентно. Здесь неблагоприятным является поведение рН. За счет ионного обмена концентрации ионов водорода в фильтратах иногда увеличиваются до 10'5>3 моль/дм3, что определяет их питьевую некондиционность (норматив по рН для обычных питьевых вод 6-9). В целом, преобладающие значения рН в профильтрованных через оба фильтра водах составляют 6,0-6,3. Это допускается для обычных питьевых вод, но в водах более высокого качества значения этого показателя должны быть 6,5-8,5.
Фильтр «Прима» несмотря на свою высокую стоимость (2-3 тыс. руб.) и чрезвычайно эффективные паспортные характеристики не смог справиться с жёсткой и минерализованной водой, подаваемой в пос. Дербышки. Из 100 литров полученной профильтрованной воды ни один не отвечал питьевым стандартам (в связи с этим в таблице 3 приведены результаты лишь одного анализа). Из них первые 7-8 литров отличались гидрокарбонатносульфатным кальциево-натриевым составом с минерализацией около 1500 мг/дм3 (при ПДК - 1000 мг/дм3), жёсткостью - 8-12 ммоль/дм3 (ПДК - 7 ммоль/дм3) и концентрациями Na+ - 220-283 мг/дм3 (ПДК - 200 мг/дм3). Впоследствии жёсткость непрерывно увеличивалась и к 30 литру достигла 17 ммоль/дм3, что было ненамного ниже жёсткости первичной воды; концентрации Na+ достигли уровня первичных значений (~20 мг/дм3) к 35-40 литру, а гидрогеохимический тип воды стал гидрокарбонатносульфатным кальциевым и магниево-кальциевым. Также фильтр «Прима» практически никак не влияет на суль-фатность вод. Так содержания сульфат-иона в первичной воде составляли 574-665 мг/дм3 (ПДК - 500 мг/дм3), а в фильтратах - 478-645 мг/дм3.
Использование в бытовых условиях для очистки воды метода её частичной заморозки очень эффективно, также довольно эффективно применение ионно-обменных фильтров для доочистки водопроводной минерализованной до
800-900 мг/дм3 и умеренно жёсткой до 8-9 ммоль/дм3 воды с повышенной до 8-10 мгО/дм3 окисляемостью (для воды с более высокими значениями минерализации и жёсткости необходимы уже мембранные фильтры). Но есть и некоторые несколько негативные особенности такой очистки. При заморозке и использовании фильтров типа «Аквафор» и «Барьер» происходит не совсем благоприятная смена состава воды - меняется соотношение главных анионов и катионов. Талая и профильтрованная воды являются более сульфатными, в связи с более интенсивным выведением из раствора гидрокарбонат иона, а первые 15-20 литров фильтратов отличаются натриевым составом. Так, при заморозке и фильтрации первично гидрокарбонатных и сульфатно-гидрокарбонатных магниево-кальциевых вод (пример с водопроводной водой с ул. Пионерская) анионный состав талой и профильтрованной воды является гидрокарбонатно-сульфатным, катионный же состав талой воды не меняется, а профильтрованной становится близким к первичному по мере увеличения её объёма (Табл. 3).
Медицинскими же исследованиями неоднократно было показано, что наиболее благоприятным является гидрокарбонатный кальциевый и магниево-кальциевый состав питьевых вод (Иванов и др., 2010 и др.). Также при фильтрации происходит снижение рН воды, иногда ниже порогового уровня, а заморозка невысокой степени определяет крайне низкие значения минерализации и жёсткости талой воды. Кроме этого, частичное замораживание водопроводной воды или её фильтрация через указанные фильтры могут улучшить качество воды лишь до уровня бутилированных вод первой категории. Мембранные фильтры более эффективны чем ионно-обменные или сорбционные по степени обессоливания воды, но, как указывалось, фильтрованные воды далее необходимо минерализовывать, т.к. практически дистиллированная вода в физиологическом отношении является «мёртвой».
Приведенный краткий обзор качественного состояния систем ХПВ г. Казани свидетельствует о не совсем удовлетворительном положении в этой области. Подобная картина характерна и для многих других российских городов. Учитывая чрезвычайную важность проблемы качества питьевого водоснабжения, которое затрагивает интересы как отдельного гражданина, так и страны в целом, можно заключить, что без целенаправленной и жёсткой государственной политики эту проблему не решить. Единственно возможным, экологически и экономически обоснованным выходом из данной неблагоприятной ситуации является организация децентрализованного качественного питьевого водоснабжения, которое начало оформляться, большей частью стихийно, 20 лет назад. В первую очередь необходимо всемерно поощрять и поддерживать как на региональном, так и федеральном уровнях организацию разнообразных систем питьевого водоснабжения населения и ужесточить контроль за качеством бутилированной и разливаемой в специальных киосках в тару потребителя питьевой воды. Целесообразно при первом выявлении питьевой некондиционности или физиологической неполноценности бутилированных и разливаемых вод предавать широкой огласке через средства массовой информации марки воды, пункты их продаж и организаторов розлива,
/•^scientific and technical journal
(jeoresources 3(58) 2014
Р.Х. Мусин, Н.А. Курлянов, З.Г. Файзрахманова, Р.З. Мусина О качестве вод, используемых в системах питьевого водоснабжения города Казани
а при повторном выявлении некачественности реализуемых вод лишать лицензий организаторов розлива. Следующим этапом должен стать некоторый пересмотр подходов к недропользованию в ближайшей 5-20 км зоне вокруг крупных городов. При наличии здесь водопроявлений или участков распространения высококачественных питьевых вод их водосборные площади должны в первую очередь использоваться для организации добычи и розлива воды, а также ведения экологически чистого производства - лесное хозяйство, санаторно-курортное лечение, детские летние лагеря, научно обоснованное сельское хозяйство, туризм и т.д.
Природные условия на большей части площади нашей страны пока позволяют организовать эксплуатацию высококачественных питьевых вод в окрестностях городов, что необходимо для удешевления продукции. Так, анализ гидрогеоэкологических материалов по Республике Татарстан, расположенной в зоне достаточного увлажнения, имеющей сульфатно-карбонатно-терригенный характер разреза верхней части платформенного осадочного чехла, и характеризующейся довольно высокой плотностью населения, крупных промышленных предприятий и интенсивным земледелием, показал, что проявления экологически чистых подземных вод категории высшего питьевого качества, требования к которым являются наиболее жесткими, фиксируются выше уровня основных дрен, а вероятность их выявления составляет примерно 3 %. Некоторые проявления таких вод со значительными расходами расположены в ближайших окрестностях Казани, Набережных Челнов, Елабуги, Нижнекамска, и при этом они не используются, а их водосборные площади никак не защищены (Мусин, Нуриев, 2004).
Можно брать любую воду, очищать её и (или) кондиционировать, получать сертификаты соответствия и реализовывать. Но употреблять лучше природную физиологически полноценную воду, т.к. воды искусственного состава по биологической усвояемости макро- и микроэлементов значительно уступают водам с натуральным химическим составом. Кроме этого, при кондиционировании возникают проблемы по дозированию химических веществ, а при использовании наиболее эффективных мембранных фильтров происходит и разрушение структуры воды, играющей важнейшую роль в протекании биохимических процессов (Иванов и др., 2010). При необходимости доочистки природных вод желательно использовать лишь наиболее простые и щадящие методы (аэрирование, механическая фильтрация), не приводящие к существенному изменению их состава и свойств, а если это не позволяет довести качество воды до высокого питьевого стандарта, то необходимо сменить сам водоисточник. Не зря многие специалисты, годами проводившие исследования в области влияния разнотипных вод на здоровье населения, высказываются в следующем ключе - «Нет ничего лучше качественной природной воды того места, где живешь».
Выводы
Наиболее рациональным путем решения проблемы качества питьевого водоснабжения жителей крупных городов является жёстко контролируемое расширение сферы децентрализованного водообеспечения в виде коммер-
ческой реализации бутилированных и разливаемых в специальных киосках природных питьевых вод, которые должны быть физиологически полноценными и доступными по цене. При этом целесообразным является периодическое освещение в средствах массовой информации степени состояния систем жизнеобеспечения (в т.ч. водоснабжения) населения, качества продуктов и питьевых вод, наиболее добросовестных поставщиков различных услуг и т.д. Достоверная и открытая информация приведет к тому, что более выгодно будет реализовывать качественную продукцию, в нашем случае - более качественные питьевые воды, а это вскоре проявится общим улучшением состояния медицинского благополучия населения.
Работа выполнена за счет средств субсидии, выделенной в рамках государственной поддержки Казанского (Приволжского) федерального университета в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Литература
Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2005 г. Научн. ред. Н.П. Торсуев. Казань. 2006. 494 с.
Зекцер И.С. Подземные воды как компонент окружающей среды. М.: Научный мир. 2001. 328 с.
Иванов А.В., Амиров Н.Х., Тафеева Е.А., Давлетова Н.Х. Вода вокруг нас. Энциклопедия потребителя питьевой воды. Казань: Дом печати. 2010. 288 с.
Иванов А.В., Тафеева Е.А., Давлетова Н.Х., Вавашкин К.В. Бутилированные питьевые воды Республики Марий Эл: гигиеническая оценка качества и технологий водоподготовки. Сб. трудов III Межд. кот. «Чистая вода. Казань». Казань: «Куранты». 2012. С. 181-183.
Мусин Р. Х., Нуриев И. С. Экологически чистые природные питьевые воды и вопросы качественного водообеспечения населения (на примере Республики Татарстан). Вестник ТО РЭА. № 3. 2004. С. 24-30.
Мусин Р. Х., Файзрахманова З. Г., Загидуллина К.Р., Мусина Р. З. Вариации и условия формирования состава природных вод в отдельных регионах Татарстана. Гидрогеология сегодня и завтра: наука, образование, практика: Мат. межд. научн. конф. М.: МАКС Пресс. 2013. С. 334-341.
Отраслевой стандарт. Воды подземные. Классификация по химическому составу и температуре. М.: ВСЕГИНГЕО. 1986. 12 с.
Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества: Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.1.4.1074-01. М.: Инф.-издат. центр Госкомсанэпиднадзора России. 2001. 111 с.
Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества: Санитарные правила и нормы: СанПиН 2.1.4.1116-02. М.: Инф.-издат. центр Госкомсанэпиднадзора России. 2002. 26 с.
Плотников Н. И. Введение в экологическую гидрогеологию: Научно-методические основы и прикладные разделы. М.: Изд-во МГУ. 1998. 240 с.
Резников А. А., , Муликовская Е. П., Соколов И. Ю. Методы анализа природных вод. М.: Недра. 1970. 488 с.
Хващевская А. А., Копылова Ю. Г. Качество расфасованной в емкости питьевой воды г. Томска. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: Мат. Всерос. конф. Томск: Изд-во НТЛ. 2012. С. 185-187.
Шепелев В. В., Федорова С. В. Эффективный путь рационального использования ресурсов подземных вод для питьевого водоснабжения. Ресурсы подземных вод: Современные проблемы изучения и использования: Мат. межд. научн. конф. М.: МАКС Пресс. 2010. С. 205-210.
Экологически чистые подземные питьевые воды (минеральные природные столовые). Рекомендации по обоснованию перспективных участков для добычи с целью промышленного розлива. М.: ГИДЭК. 1998. 31 с.
^ научно-технический журнал
3(58) 2014 Георесурсы Щ
5
R.Ch. Musin, N.A. Kurlianov, Z.G. Fayzrahmanova, R.Z. Musina The Quality of Water Used for Potable Water Supply Systems in Kazan
Сведения об авторах
РустамХадиевич Мусин - канд.геол.-мин.наук, доцент кафедры общей геологии и гидрогеологии Института геологии и нефтегазовых технологий
Никита Андреевич Курлянов - аспирант Института геологии и нефтегазовых технологий
Зиля Гайсовна Файзрахманова - аспирант Института геологии и нефтегазовых технологий
Резидя Загитовна Мусина - зав. отделом Геологического музея им. А.А. Штукенберга
Казанский федеральный университет. 420008, Россия, Казань, ул. Кремлевская, д.4/5. Тел: (843)233-74-27.
The Quality of Water Used for Potable Water Supply Systems in Kazan
R.H. Musin, N.A. Kurlianov, Z.G. Fayzrahmanova, R.Z. Musina
Kazan (Volga region) Federal University, Kazan, Russia, e-mail: Rustam.Musin@kpfu.ru
Abstract. Potable water supply in Kazan is based on different types of water. Quality examination is conducted on the following water types: water for centralized water supply; springs water and bottled water; water sold in special kiosks; partially frozen and tap water filtered through popular filters Aquaphor, Barrier, Prima. Situation with potable water supply in the city is not entirely satisfactory. To solve this problem, we propose a controlled expansion of decentralized water supply by implementing bottled water and water sold in special kiosks, which is completely natural and affordable potable water. We also need to review approaches to subsoil use in the immediate surrounding area of 5-20 km in large cities. If high-quality potable water is displayed, their catchment areas should be used to conduct clean production, including organization of drawing and bottling water.
Keywords: quality of drinking water, bottled water, filters for purifying tap water, physiologically complete waters.
References
Gosudarstvennyy doklad o sostoyanii prirodnykh resursov i ob okhrane okruzhayuschey sredy Respubliki Tatarstan v 2005 g [State report on the natural resources and environmental protection of the Republic of Tatarstan in 2005]. Ed. N.P. Torsuev. Kazan. 2006. 494 p.
Zektser I.S. Podzemnye vody kak komponent okruzhayuschey sredy [Underground water as a component of the environment]. Moscow: «Nauchnyy mir» Publ. 2001. 328 p.
Ivanov A.V., Amirov N.Kh., Tafeeva E.A., Davletova N.Kh. Voda vokrug nas [Water is all around us]. Entsiklopediya potrebitelya pit’evoy vody [Encyclopedia of drinking water consumer]. Kazan: «Dom pechati» Publ. 2010. 288 p.
Ivanov A.V., Tafeeva E.A., Davletova N.Kh., Vavashkin K.V. Butilirovannye pit’evye vody Respubliki Mariy El: gigienicheskaya otsenka kachestva i tekhnologiy vodopodgotovki [Bottled drinking water of Mari El Republic: hygienic quality assessment and water treatment technologies]. Sb. trudov III Mezhd. kongressa «Chistaya voda. Kazan’» [Proc. III Int. Congress of «Clean Water. Kazan»]. Kazan: «Kuranty» Publ. 2012. Pp. 181-183.
Musin R. Kh., Nuriev I. S. Ekologicheski chistye prirodnye pit’evye vody i voprosy kachestvennogo vodoobespecheniya naseleniya (na primere Respubliki Tatarstan) [Ecologically clean nature potable water and population quality water supply (on the example of the Republic ofTatarstan)]. Vestnik TO REA. N 3. 2004. Pp. 24-30.
Musin R.Kh., Fayzrakhmanova Z.G., Zagidullina K.R., Musina R.Z. Variatsii i usloviya formirovaniya sostava prirodnykh vod v otdel’nykh regionakh Tatarstana [Variations and conditions of formation of natural waters in some regions of Tatarstan]. Gidrogeologiya segodnya i zavtra: nauka, obrazovanie, praktika: Mater. mezhd. nauchn. konf. [Hydrogeology today and tomorrow: science, education, practice: Proc. Int. Sci. Conf.]. Moscow: «MAKS Press» Publ. 2013. Pp.334-341.
Otraslevoy standart. Vody podzemnye. Klassifikatsiya po khimicheskomu sostavu i temperature [Industry standard. Underground
water. Classification by chemical composition and temperature]. Moscow: «VSEGINGEO» Publ. 1986. 12 p.
Pit’evaya voda. Gigienicheskie trebovaniya k kachestvu vody tsentralizovannykh sistem pit’evogo vodosnabzheniya [Hygienic requirements for water quality of centralized drinking water supply]. Kontrol’ kachestva: Sanitarnye pravila i normy [Quality Control: Sanitary rules and norms]: SanPiN 2.1.4.1074-01. Moscow: «Inform.-izdat. tsentr Goskomsanepidnadzora Rossii» Publ. 2001. 111 p.
Pit’evaya voda. Gigienicheskie trebovaniya k kachestvu vody, rasfasovannoy v emkosti [Hygienic requirements for water quality, packaged in a container]. Kontrol’ kachestva: Sanitarnye pravila i normy [Quality Control: Sanitary rules and norms]: SanPiN 2.1.4.1116-02. Moscow: «Inform.-izdat. tsentr Goskomsanepidnadzora Rossii» Publ.
2002. 26 p.
Plotnikov N. I. Vvedenie v ekologicheskuyu gidrogeologiyu. [Introduction to environmental hydrogeology]. Moscow: «MGU» Publ. 1998. 240 p.
Reznikov A. A., Mulikovskaya E. P., Sokolov I. Yu. Metody analiza prirodnykh vod [Methods of analysis of natural waters]. Moscow: «Nedra». 1970. 488 p.
Khvaschevskaya A. A., Kopylova Yu. G. Kachestvo rasfasovannoy v emkosti pit’evoy vody g. Tomska [Quality of bottled drinking water in the tank of Tomsk]. Geologicheskaya evolyutsiya vzaimodeystviya vody s gornymi porodami: Materialy Vseros. konf. [Geological evolution of the interaction of water with rocks: Proc. All-Russian Conf.]. Tomsk: «NTL» Publ. 2012. Pp.185-187.
Shepelev V. V., Fedorova S. V. Effektivnyy put’ ratsional’nogo ispol’zovaniya resursov podzemnykh vod dlya pit’evogo vodosnabzheniya [Effective way of groundwater rational use for drinking water supply]. Resursy podzemnykh vod: Sovremennye problemy izucheniya i ispol’zovaniya: Materialy Mezhd. Nauchn. Konf. [Groundwater resources: Modern problems of study and use: Proc. Int. Sci. Conf.]. Moscow: MAKS Press. 2010. Pp. 205-210.
Ekologicheski chistye podzemnye pit’evye vody (mineral’nye prirodnye stolovye) [Ecologically clean nature underground water (natural mineral table)]. Rekomendatsii po obosnovaniyu perspektivnykh uchastkov dlya dobychi s tsel’yu promyshlennogo rozliva [Recommendations on the justification of promising areas for the purpose of industrial production bottling]. Moscow: «GIDEK» Publ. 1998. 31 p.
Information about authors
Rustam Musin - Cand. Sci. (Geol. and Min.), Associate Professor, epartment of General Geology and Hydrogeology, Institute of Geology and Petroleum Technologies
Nikita Kurlyanov - Ph.D. student, Institute of Geology and Petroleum Technologies
Zilya Fayzrakhmanova - Ph.D. student, Institute of Geology and Petroleum Technologies
Rezidya Musina - Head of Division at the Alexander Stuckenberg Geology Museum
Kazan (Volga region) Federal university 420008, Kazan, Russia, Kremlevskaya str., 4/5.
Tel: +7(843)233-74-27,+7(843)292-08-19.
/"^scientific and technical journal
(jeoresources 3(58) 2014
