Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод

О.Л. Буткова, Е.В. Хорошева

ГУ ВНИИ пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности (Москва)

С середины 80-х годов прошлого столетия в России увеличилось потребление минеральных питьевых столовых вод. Тенденция к росту доли их потребления в общей номенклатуре неизменна.

К минеральным питьевым столовым водам в соответствии с терминологией ФАО/ВОЗ [1] относят воды с показателем «минерализация» (М) менее 1 г/дм3, подземного происхождения, постоянного состава и разливаемые без его изменения.

Если в европейских странах наибольшим спросом пользовались воды с низкой минерализацией, такие, как «Перье», «Эвиан», и др., то в России, обладающей уникальными месторождениями минеральных вод, традиционно разливали преимущественно воды лечебно-столовые и лечебные, т.е. воды с М выше 1 г/дм3. И лишь в последние десятилетия изменилась структура производства и потребления расфасованной в емкости минеральной воды.

Увеличение спроса и соответственно квоты минеральных столовых вод на потребительском рынке связано с процессами антропогенного воздействия на поверхностные и грунтовые воды, обеспечивающие системы централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения, и ухудшением качества питьевой воды.

С ростом номенклатуры разливаемых минеральных вод возросло количество фальсификаций продукции, что, в свою очередь, актуализировало проблему их идентификации

В то время как задача идентификации и подтверждения генезиса минеральных лечебных и лечебно-столовых вод трудна, но разрешима [2], проблема подтверждения соответствия состава столовых вод их наименованию до настоящего времени практически не решалась.

Минеральные воды разливают по общим [3] или индивидуальным для каждого наименования техническим условиям. В этих документах описаны качественные характеристики, выраженные посредством регламентирования количественного содержания основных макрокомпонентов, значе-

ния показателя «минерализация» и специфических компонентов и сформулированы требования к безопасности вод. Кроме того, в документах общего назначения [4] установлены предельно допустимые содержания токсичных элементов в водах.

Европейские требования к безопасности и качеству минеральных вод [5] в отношении содержания ксенобиотиков, таких, как пестициды, нефтепродукты, полиароматические углеводороды и др., не совпадают с отечественными из-за отсутствия аналогичных нормативов в действующих документах.

В отечественной литературе имеются разрозненные сведения [6-8], посвященные миграции персистент-ных токсикантов в минеральные воды, которые так же могли бы быть использованы в качестве идентификационных показателей.

Ранее [9], исследуя закономерности формирования минеральных лечебно-столовых и лечебных вод, служащие основой для их идентификации, нашли, что выявление генезиса базируется на комплексе данных об основном химическом составе и содержании специфических компонентов.

Задача идентификации минеральных столовых вод значительно сложнее.

По органолептическим признакам столовые воды различаются незначительно, так как вкусовые качества формируются соотношением основных ионов, таких, как гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, кальций, магний, натрий и калий, и их количеством.

Так как суммарное содержание основных ионов лимитировано величиной 1 г/л, оно практически не оказывает влияния на вкус воды. Вместе с тем существенное влияние на вкус или его «маскировку» оказывает насыщение вод диоксидом углерода, повышающее жаждоутоляющие свойства воды. Таким образом, технологический прием — газирование вод — еще больше уменьшает различия в органолептиче-ских свойствах.

Кроме того, в отличие от подземных вод с высокой минерализацией, содержащих в значимых количествах

такие специфические компоненты, как литий, стронций, бораты, силикаты, позволяющие их идентифицировать, в столовых водах эти компоненты, как правило, присутствуют в низких концентрациях, что значительно усложняет идентификацию.

Если на первом этапе исследований информация о содержании и соотношении макрокомпонентов может служить основой для объединения столовых вод в группы, то идентифицировать воду конкретного наименования на основании таких данных не представляется возможным.

Поэтому задача установления генезиса столовых вод может быть решена только на основании данных химических анализов максимально возможного количества микроэлементов и выявлении соотношений комплекса компонентов, характерных для вод одинакового происхождения.

Состав подземных вод формируется во времени, подчиняется строгим закономерностям, зависящим от тектоники, истории геологического развития планеты и отдельных геологических структур, рельефа, климата [10].

Существующее многообразие типов минеральных вод обусловлено геохимической ситуацией водоносных горизонтов конкретных регионов. Конечный этап формирования представляет собой равновесие системы «вода « порода» и выражается формулой: вода « неорганические соединения « органические соединения « газы [11].

Так как цель работы — выявление комплекса специфических, присутствующих в водах компонентов, их соотношения присущим данному водоносному горизонту (ВГ), называемым в дальнейшем «идентификационными комплексами» (ИК), то при прогнозировании ИК рассматривали влияние геохимии водо-вмещающих пород на формирование состава воды.

Например, взаимодействие воды с карбонатными породами, самые распространенные минералы которых — целестин и стронцианит, обусловливает присутствие стронция, а повышенное содержание лития характерно для вод, залегающих в глинистых водовмещаю-щих породах [12].

Были изучены химические составы многочисленных проб вод, отобранных из скважин, вскрывающих Касимовский, Гжельско-Ассельский, Окско-Протвинский, Подольско-Мячиковский и Каширский водоносные горизонты, Московского артезианского бассейна.

Полученную в результате мониторинга аналитическую информацию систематизировали и использовали для обоснования критериев идентификации вод.

Таблица 2

| Водоносные горизонты |

Компонент Окско-Тарусский (С ок^г) Турабьев-ский (Сэ^-Ь) Гжельско-Ассельский (Сэд-Р,а) Касимовский (С^т) Окско-Протвинский (С, оИг) Каширский (С2 к*) Подольско-Мячиковский (С2 pd-mc)

Нормализованные единицы (НЕ) -

Li Ма 1,7 6,4 1 2,2 2 4,3 5 2,9 6.3 2.4

Мд 2,1 4,5 3,8 5 6 9

Са 2,1 2,4 2 2,2 2,1 2,4

Sr 2,5 2 5 22,5 80 92,5

F 3 3 8 12 40 41

С1 3,2 2 13 6 4 2,1 1

504 2,4 1 8,2 3,8 18,2 23,5 35,3

НС0з 2 1,2 2,1 1,7 1,3 1 1,3

НзВ0з — — 6 1 2,7 1,5 2,7

1 1,8 3 2 1,4 2 1,6

Таблица 1

Водоносные горизонты |

Компонент Окско-Тарусский (С, оИт) Турабьев-ский (Сзtгb) Гжельско-Ассельский (Сзд-Р,а) Касимовский (С^т) Окско-Протвинский (С, ok-tг) Каширский (С2 к*) Подольско-Мячиковский (С2 pd-mc)

Содержание компонентов, мг/л АЛО Л О/Л

и К <0,01 3-8 <0,01 0,1-4,5 <0,01 5-12 0,02-0,04 6-15 0,03-0,09 8-14 0,1-0,2 10-15 0,18-0,20 14-16

Ма 9-40 2-26 30-150 18-44 30-90 30-50 26-40

Мд 18-25 5-15 30-60 28-48 40-60 50-70 60-120

Са 85-130 20-80 110-130 80-120 90-130 70-140 75-160

Sr 0,3-0,8 0,05-0,3 0,1-0,7 0,8-1,2 1-8 15-18 15-22

F 0,2-0,5 0,1 0,2-0,4 0,7-1,0 1,0-3,4 3-5 3,5-4,8

С1 4-60 1-38 50-210 20-100 30-50 3-40 3-17

S04 20-60 4-33 80-200 40-90 120-500 300-500 300-800

НС03 350-420 150-287 340-460 300-350 200-310 170-210 213-270

Н3В03 <2,5 <2,5 2-24 2-5 3-13 2-7 6-10

4-7 5-13 10-20 6-17 5-9,0 10 6-10

Минерализация 0,5-0,8 0,3-0,5 0,7-1,2 0,5-0,8 0,4-0,7 0,6-1,1 0,6-1,4

После статистической обработки данных химических анализов нашли достоверные диапазоны содержания компонентов для каждого водоносного горизонта (табл. 1).

Сравнивая данные по содержанию компонентов в пробах вод, отобранных из разных скважин, вскрывающих определенный водоносный горизонт, установили, что концентрации макро-и микрокомпонентов незначительно меняются.

Такие изменения характерны для всех водоносных горизонтов, зависят от неравномерного распределения минералов, составляющих водовмещающие породы, и наличия зон повышенной тре-щиноватости и закарстованности.

Наличие закарстованности и тре-щиноватости в отдельных зонах нарушает линии водоупоров, разделяющих водоносные горизонты, что способствует смешению вод из различных го-

ризонтов и, следовательно, приводит к локальным изменениям их состава. Кроме того, рост концентраций некоторых компонентов в водах, принадлежащих одному водному горизонту, зависит напрямую от глубины скважины, т. е. гидрогеохимической зональности [13].

Из данных табл. 1 видно, что диапазоны концентраций некоторых компонентов, а также значения показателя «минерализация» (М) в водах из различных водоносных горизонтов близки или тождественны.

По подобию макрокомпонентных составов объединили воды различных горизонтов в группы. К первой группе отнесли воды Окско-Тарусского (С^Ых) и Турабьевского (С^гЬ) горизонтов. Водовмещающие породы Окско-Тарус-ского горизонта составлены известняками с прослоями глин и песчаников. Турабьевский горизонт приурочен к известнякам и доломитам, кровля гори-

зонта залегает под юрскими глинами. Формирование вод в похожих водоносных горизонтах обусловило подобие ионно-солевого состава, выражаемого формулой

НСО3 Са М^.

По тому же принципу во вторую группу объединили воды — Гжельско-Ас-сельского и Касимовского горизонтов. Гжельско-Ассельский горизонт представлен известняками. Водовмещающие породы Касимовского горизонта состоят из светлых известняков и доломитов, в различной степени трещиноватыми и закарстованными, с выдержанными по простиранию и мощности первоцветными глинистыми прослоями.

Воды этой группы относят к хлорид-ным сульфатным гидрокарбонатным натриево-магниево-кальциевым или сульфатным хлоридным гидрокарбонатным натриево-магниево-кальцие-

вым. Их ионный состав выражен похожими формулами:

нсо, sa С1 нсо, С1

-3-3— или -3-4 .

Са М£ N Са М£ №

В третью группу объединили воды с высоким содержанием сульфатов Каширского, Подольско-Мячиковского и Окско-Протвинского горизонтов. Все эти горизонты приурочены к известнякам и доломитам с незначительными прослоями глин и мергелей. Окско-Протвинский водоносный горизонт отличается наличием трещиноватых известняков.

Макрокомпонентный состав вод третьей группы описывается как гидрокарбонатный сульфатный магниево-натри-ево-кальциевый или гидрокарбонатный сульфатный натриево-магниево-каль-циевый и выражается так же подобными формулами

sa нсо, sa нсо,

-4-3 или -4-— .

Са Са М£ №

Установленные различия между группами вод в отношении ионно-со-левого состава очевидны. В пределах одной группы, воды так же отличаются между собой.

Для выявления набора отличительных компонентов для каждого водоносного горизонта провели нормализацию аналитической информации после усреднения химических данных, т.е. приняли минимальное значение концентрации каждого компонента за единицу, затем относительно его рассчитывали содержания аналогичного компонента в других водных горизонтах. Получили данные (табл. 2), наглядно демонстрирующие

5 • 2006

53

индивидуальные характеристические наборы для каждого изучаемого водоносного горизонта.

Из данных табл. 2 видно, что воды Окско-Тарусского и Турабьевского горизонтов, объединенные по ионно-со-левому составу в первую группу, различаются не только концентрациями кальция, магния, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, но и содержанием диоксида кремния.

Согласно данным табл. 2, для дифференцирования вод второй группы — Гжельско-Ассельского и Касимовского горизонтов, характеризующимся похожими формулами, целесообразно использовать данные по содержанию лития, натрия, стронция, фторидов и сульфатов. Для обоих водоносных горизонтов характерна повышенная концентрация боратов и силикатов.

Повышенное содержание боратов характерно также и для вод третьей группы. Как и в ранее рассмотренных случаях, воды третьей группы объединены по принципу подобия составов и относятся к гидрокарбонатно-сульфат-ным натриево-магниево-кальциевым (магниево-натриево-кальциевым).

Ионно-солевой состав вод этой группы значительно отличается от составов вод, рассмотренных выше, с высокой концентрацией сульфатов. Вместе с тем для вод каждого из этих водоносных горизонтов характерно содержание отличительных компонентов, таких, как литий, магний, фториды, хлориды, сульфаты.

Анализ приведенных в обеих таблицах данных позволил выделить особенности, характерные для вод, добытых

из каждого водоносного горизонта. Так, воды Турабьевского горизонта отличаются наименьшим значением минерализации, Гжельско-Ассельского — высокой концентрацией боратов и силикатов, Подольско-Мячиковского — лития, стронция, фторидов, сульфатов.

Используя усредненные и нормализованные данные, представленные в табл. 1 и 2, легко отнести изучаемую пробу воды к какой-либо из групп. Следовательно, эти таблицы служат основой для идентификации вод, а данные, приведенные в них, — основой для составления идентификационных комплексов.

Помимо включенных в таблицы компонентов для вод, добываемых из отдельных скважин, как было указано выше, из-за особенностей строения водовмещающих пород возможно наличие особых специфических микроэлементов. Такие элементы устанавливают дополнительно при выполнении химических анализов.

Следовательно, основной ИК минеральных столовых вод, добываемых из изученных ВГ, включает макрокомпоненты, составляющие формулу воды: натрий, магний, кальций, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты. Дополнительный ИК содержит микроэлементы: литий, стронций, калий, фториды, бораты, силикаты. Кроме того, в качестве идентификационных могут быть использованы артекомпоненты, такие, как токсичные компоненты (например, нитриты, нитраты или персистентные ксенобиотики, мигрировавшие в систему, ответственную за формирование воды).

ЛИТЕРАТУРА

1. Codex Alimentarius. Codex Stan 108—1981. Rev. 1-1997. Изм. 2001

2. Буткова О.Л. Хорошева Е.В. Идентификация минеральных вод//Партнеры и конкуренты. 2001. № 4. С. 18.

3. ГОСТ 13273-88 «Воды минеральные питьевые лечебные и лечебно-столовые. Общие технические условия».

4. СанПиН 2.3.2.1078-01 «Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов»

5. Директивы № 80/777/ ЕЕС, 96/70ЕС

6. Буткова О.Л., Хорошева Е.В. Миграция тяжелых металлов в условиях высокой техногенной нагрузки//Всероссийская конф. по анализу объектов окружающей среды «Экоа-налитика». — Краснодар, 1998. С. 10.

7. Буткова О.Л. Особенности анализа пестицидов в донных осадках//Всероссийская конф. по анализу объектов окружающей среды «Экоаналитика». — Краснодар, 1998. С. 203.

8. Boutkova О. Preserrvoir water qualiti evaluation especially with intensive technogen pressi-^//Международный экологический конгресс. — Воронеж, 1998.

9. Буткова О.Л., Хорошева Е.В. Критерии надежной идентификации минеральных вод. Идентификация сульфатных гидрокарбонатных кальциево-натриевых вод//Партнеры и конкуренты. 2004. № 5. С. 14-17.

10. ДриверДж. Геохимия природных вод. — М.: Мир, 1985.

11. Куликов Г.В, Жевлаков А.В., Бондаренко С.С. Минеральные лечебные воды СССР! — М.: Недра, 1991.

12. Власов К.А. Геохимия, минералогия и генетические типы месторождений редких элементов. — М.: Наука, 1964.

13. Кирюхин В.А., Коротков А.И., Шварцев С.Л. Гидрогеохимия. — М.: Недра, 1993. (S

Предлагаем Вам принять участие в работе нового раздела Международной выставки «ПРОДЭКСПО» -

на экспозиционных площадях салона и научно-практической конференции «ЗДОРОВОЕ ПИТАНИЕ - ОСНОВА ЖИЗНЕННОЙ ГАРМОНИИ. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ»

Темы конференции

• Современное понятие здорового питания для населения разных возрастных групп.

• Состояние рынка функционального и специального питания в России.

• Состояние, перспективы развития производства и потребления в России натуральных и экологически чистых продуктов. Маркетинговая стратегия продвижения на российском рынке экологических продуктов.

• Развитие рынка диетического, лечебного и профилактического питания в России. Натуральные ингреди- „ енты и биологически активные добавки. —яеКИЯ^-

• Повышение пищевой потребительской грамотности населения как мощный инструмент продвижения в России натуральных, экологических и специальных продуктов питания. Распространение, дистрибуция. 12""^

• Вопросы стандартизации, сертификации «эко»-, «паШга!»-продуктов, продуктов специального питания. 200^ г"

Место проведения: Международная выставка «ПРОДЭКСПО»,Москва, ЦВК «Экспоцентр» на Красной Пресне.

Оргкомитет: ГУ НИИ питания РАМН, МГУ пищевых производств, Союз Производителей пищевых ингредиентов (СППИ), Ждем Ваших заяв°к.

МГУ прикладных биотехнологий, Подробности по тел.: (495) 2020177, 2021061, 1013507

Издательство «Пищевая ^^ы^^^стъ» www.confex.ru e-mail: info@contex.ru

000 «ПромЭкспо-К». Руководитель направления - ВикторияХолодкова