CC BY
101
Секция «Х и м и я»
Питьевая вода в жизни москвичей
А.С. Цедрик,
студентка группы ВкЖ-1-2
Вода - химическое соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода. Простое соединение, но крайне важное для существования жизни на Земле. И в частности, для человека.
Мы не только пьем воду, но и используем ее в быту, в производстве и другой деятельности. Без воды жизнь невозможна, она входит в состав всех живых организмов, «причем в целом в них содержится лишь вдвое меньше воды, чем во всех реках Земли. Вода обладает неоценимым для живых существ свойством: она - инертный растворитель, химически не изменяющийся под воздействием тех веществ, которые растворяет»1. И сам человек состоит из 70% воды. Его организм находится в состоянии водного равновесия, т. е. количество потребляемой и образующейся в нем воды равно количеству воды выделяемой.
«Вода входит в состав тканей и органов человека, без нее невозможно нормальное функционирование организма, осуществление процесса обмена, поддержание теплового баланса, удаление продуктов метаболизма и т. д. Обезвоживание организма всего на несколько процентов ведет к нарушению его жизнедеятельности. Отсутствие воды в течение суток (особенно в жарких районах) уже отрицательно сказывается на моральном состоянии человека, снижает его боеспособность, волевые качества, вызывает быструю утомляемость»2. А после отсутствия потребления воды в течение 48 часов организм перестает вести свою жизнедеятельность и погибает.
Нарушение водного равновесия приводит к самым тяжелым последствиям. «На первой стадии учащается пульс, возникает слабость,
1 Бурдыкин Б.Е. Непознанный мир. Космическая тайна воды. М. Изд. Питер, 2007.
2 Статья. Действие воды на организм (http://www.o8ode.ru/article/ dwater/deictvie_vody_na_organizm.htm)
затем - головокружение и одышка»3. «Если количество уменьшается в теле человека на 1-2% против нормы, это приводит к ощущению жажды. При уменьшении на 5% (это порядка 2-2,5 л.) кожа начинает сморщиваться, пересыхает во рту, сознание затуманивается, и даже могут появиться галлюцинации». «При обезвоживании, составляющем 10% от массы тела, происходят нарушение речи, зрения и слуха и потеря сознания. Гибель организма наступает от необратимых изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах при водопотере 15-25% от массы тела (в зависимости от температуры окружающей среды)».
«Без пищи человек может прожить около месяца, при условии, что он будет пить воду, а без воды не проживет и недели...».
Следовательно, употребление и использование воды - жизненно важный фактор для человека. И, конечно, ее качество стоит не на последнем месте, особенно качество питьевой воды. Поэтому рассмотрим источники питьевой воды в г. Москве.
Первый - это московская водопроводная система. «Централизованное водоснабжение московского региона осуществляется в основном из поверхностных водоисточников. Ими являются Москворецко-Вазузская и Волжская водные системы, в которые входят 15 водохранилищ и тракты подачи воды - р. Москва с притоками и Канал им. Москвы»4.
Составляющими элементами водопроводной системы являются: девять гидротехнических узлов, четыре станции водоподготовки, суммарной мощностью 6,7 млн куб. м/сутки и, собственно, городская водопроводная сеть общей протяженностью около 11 тысяч км. Вода, которая поступает в водопровод, распределяется по трубопроводам и достигает промышленные организации, жилые дома, офисы и другие строительные сооружения. Используется она в самых различных целях, в том числе и для питья. Поэтому проверка качества воды, ее фильтрация и очистка происходят тщательно и многоэтапно. Проверяются и фильтруются следующие показатели: сухой остаток, водородный показатель (ед. рН), общая жесткость, содержание хлоридов, сульфатов, сульфидов, нитратов, железа, марганца, уровень перманганатной окис-ляемости, содержание аммония, кремния, растворенного кислорода, углекислого газа, остаточного хлора, меди, алюминия, уровень щелочности. Это основные показатели, используемые при проверке и очистке водопроводной воды, пригодной для питья. Приведем наглядные данные в таблице о состоянии качества воды в московском водопроводе.
3 Статья. Питьевая вода. (http://www.o8ode.ru/article/dwater/)
4 Официальный сайт МГУП «Мосводоканал» (http://www.
mosvodokanal.ru
Таблица 1
Информация о качестве питьевой воды на выходе со станций водоподготовки города Москвы за 17 мая 2012 года
Показатели качества Единицы измерения Норматив Станции водоподготовки
Северная Восточная Рублевская Западная
Мутность мг/л 1,5 < 0,3 < 0,3 < 0,3 < 0,3
Цветность градусы 20 8 7 7 6
Окисляемость перманганатная мгО/л 5 3,2 3,5 2,7 2,7
Хлор остаточный связанный мг/л 0,8-1,2 1,09 1,08 1,1 1,03
Общие колиформные бактерии ОЕ/ЮО мл отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
Термотолерантные колиформные бактерии ОЕ/ЮО мл отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие отсутствие
(По данным с сайта ФГУП «Мосводоканал»)
Как видно из таблицы, нормативы показателей не нарушаются. И чтобы поддерживать этот положительный уровень на водопроводных станциях постоянно проверяется качество воды на всех этапах обработки. Происходит безостановочная ее очистка: «вода хлорируется, озонируется, коагулируется, отстаивается, фильтруется, снова хлорируется, а во время паводков еще обрабатывается активированным углем и перманганатом калия»5.
«Микробиологические показатели определяются 2 раза в сутки, органолептические (запах, цвет, мутность) - 6-12 раз в сутки, остаточный хлор - ежечасно. На каждой водопроводной станции ежедневно проводится 1000 химических, 100 бактериологических и 20 гидробиологических анализов, которые контролируются Мосводоканалом, городской СЭС и Госсанэпиднадзором»5. И несмотря на данную процедуру обеззараживания питьевой воды хлором, она не может стать безвредной для применения внутрь. При соединении органических веществ с хлором образуются тригалометаны. Эти «производные метана обладают выраженным канцерогенным эффектом, что способствует образованию раковых клеток» в организме человека. Таким образом, употреблять воду из-под крана без дополнительных мер по очистке не рекомендуется. Поэтому стоит рассмотреть два метода обезвреживания водопроводной воды от бактерий и хлора: кипячение и фильтрация.
Кипячение - «процесс доведения воды до точки ее кипения с целью очистки воды и обеззараживания»6.
«При кипячении воды разрушается хлор и хлорсодержащие соединения, выпадают в осадок коллоидные частицы примесей и соли, образуется накипь, вода умягчается, в ней уменьшается содержание легколетучих компонентов, уничтожаются болезнетворные микробы, опасные бактерии, вирусы и возбудители заболеваний»6. Поэтому, можно сказать, кипячение действительно помогает очистить воду, однако, данный процесс имеет ряд побочных эффектов:
1) при кипячении разрушается структура воды, т. е. она становится «мертвой» (бесполезной для организма человека);
2) при кипячении происходит испарение воды, а за этим следует повышение в ней концентрации солей (накипь в чайнике). Соли накапливаются в суставах, почках и других органах человека, что не является благоприятным фактом;
3) при кипячении воды хлор удаляется не полностью, а взаимодействует с другими органическими соединениями в составе воды, образуя опасные для организма тригалометаны;
5 Статья. Химический состав воды в московском водопроводе (http:// www.o8ode.ru/article/answer/kach/himmoscow.htm)
6 Статья. Кипяченая вода (http://www.o8ode.ru/article/dwater/ boiledwater.htm)
4) вместе с хлором при кипячении улетучивается и кислород;
5) кипячением невозможно удалить соли железа, кадмий, ртуть, нитраты.
Помимо вышеуказанных отрицательных сторон, по данным ученых исследователей, постоянное употребление кипяченой водопроводной воды может привести к снижению иммунитета. Так что рассмотрим еще один способ очистки воды - фильтрацию.
Фильтрация воды может производиться разными способами. Вот что об этом говорит Олег Мосин, кандидат химических наук: «...существует три основных способа очистки воды, реализуемых в фильтрах: механический, ионообменный и сорбционный. Кроме того, есть методы более сложные - мембранный, обратного осмоса, электрохимический и др. Наиболее простой и распространенный метод очистки воды - механический»7.
Механическую фильтрацию делят на: «ультрафильтрацию (задерживается 95% частиц размером 0,2-0,5 мкм); два класса микрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 0,5-5 и 5-15 мкм); два класса макрофильтрации (задерживается 95% частиц размерами 15-50 и более 50 мкм)»7.
Теоретически механический фильтр способен задерживать крупные и мелкие частицы, взвеси, бактерии и даже вирусы, и крупные органические молекулы. Что же касается газов, металлов, хлороргани-ки, то от этих соединений фильтры не спасают.
Осмотическая фильтрация «основана на свойстве воды, проникать через пористую мембрану, непроницаемую для растворенных веществ. Если искусственно поддерживать повышенное давление с одной стороны мембраны, то равновесие будет смещаться. На этом принципе основана работа обратного осмотического фильтра»8. Вода проходит через мембрану, а соли минералов остаются. «Поток из обычного водопровода мембрана разделяет на две части: одна, представляющая очищенную воду, используется для домашних нужд, а вторая, обогащенная отраженными мембраной примесями, сливается в канализацию»8. Обратный осмос пропускает лишь молекулы воды, и в результате получается вода, близкая к дистиллированной.
Другой распространенный метод фильтрации - сорбцион-ная фильтрация. «Сорбцией называется поглощение растворенных в воде веществ поверхностью твердого сорбента, в данном случае - материала, наполняющего фильтр. От механической фильтрации этот про-
7 Статья О.В.Мосина. Какой фильтр выбрать? (http://www.o8ode.ru/ article/dwater/purewater1 /what_filter.htm)
8 Статья. Фильтры очистки аквариумной воды (http://zivnost.elitno.net/ index.php?option=com_content&task=view&id=767&Itemid=29)
цесс отличается тем, что материал механического фильтра не инертен, а сорбционного - активен: он захватывает примеси и удерживает их силами молекулярного притяжения». Самый широко использующийся сорбент - уголь. Он совершенно безвреден и легко дробится в порошок. Захватывает и сорбирует на своей поверхности (в основном в порах) различные примеси.
«Сорбционные фильтры удаляют из воды хлорорганику (хлороформ, четыреххлористый углерод, бромдихлорметан и другие вещества), а также тяжелые металлы (железо, свинец и др.), взвесь, бактерии и, в пределах своих возможностей, вирусы. При таком способе фильтрации загрязненной воды примеси, осевшие в порах, забивают их, и спустя некоторое время, определяемое сорбционной способностью фильтра, его необходимо менять».
Следующий метод - ионообменный метод фильтрации. Он основан на использовании «ионитов - ионообменных (катионных и анионных) смол или искусственных материалов с такими же свойствами. Эти свойства состоят в том, что ионообменный материал способен захватывать из воды одни ионы, насыщая ее другими ионами, входящими в его состав, то есть за счет реакции ионного обмена» [7]. Ионообменные смолы обменивают ионы №+ на ионы водорода Н+, а ионы С1-на ионы гидроксильной группы ОН-. В результате, образуется вода, а ионы натрия и хлора остаются в фильтре. «Избирательность является самым отличительным свойством ионитов, а в остальном они подобны сорбционным материалам: тоже пористые, также забиваются извлеченными из воды примесями и имеют определенный ресурс. Ионообменные фильтры обычно используют для очистки воды от катионов тяжелых металлов и смягчения ее жесткости - захвата избыточных ионов магния и кальция».
Наиболее современный метод очистки воды - это электрохимическая фильтрация воды, основанная на электролизе. Данный метод позволяет отделить очищенную воду от грязной, причем работает электрический ток, а не сорбент; ничего не надо заменять, ресурс практически неограничен, расходных картриджей не имеется. Однако стоимость таких фильтров высока, и возникает необходимость регулярно промывать электроды слабым раствором кислоты.
Кроме водопроводной воды, которую кипятят или фильтруют, существует и второй источник питьевой воды. Это бутилирован-ная вода. Ее, как известно, продают в магазинах, торговых палатках. Она делится на три категории: минеральную, искусственную, питьевую.
Минеральная вода - это «вода соответствующим образом зарегистрированного подземного источника (скважины), с сохраненным первоначальным составом минеральных веществ». Минеральные воды разделяют на четыре группы:
1. Минеральные лечебные воды с общей минерализацией более 8 г/л. Сюда же относят и менее минерализованную воду, содержащую повышенное количество бора, мышьяка и других элементов. Ее принимают по назначению врача.
2. Минеральные лечебно-столовые воды с общей минерализацией 2-8 г/л. Они применяются с лечебными целями по назначению врача, но можно использовать их в качестве столового напитка.
3. Минеральные столовые воды с минерализацией 1-2 г/л.
4. Столовые воды с минерализацией менее 1 г/л.
Минеральные воды по-разному влияют на организм человека. Ими лечат такие болезни, как гастриты, колиты, воспаления слизистой кишечника, заболевания желчного пузыря и печени, болезни обмена веществ.
«Однако следует помнить, что минеральные воды оказывают лечебный эффект только при соблюдении определенных условий -определенной температуры, периодичности приема и, зачастую, немедленного потребления у источника»9. Употребление минеральных вод в больших количествах вредит организму.
Столовая вода часто представляет собой простую водопроводную воду и отличается от нее только отсутствием вкуса хлора.
«Искусственными обозначаются пресные питьевые воды, изготовленные с помощью технологических методов с целью имитации химического состава природных минеральных или других вод. Искусственные минеральные воды получают добавлением в обычную или дистиллированную воду химических компонентов (солей магния, калия, натрия, йода и др.), присутствующих в натуральных минеральных водах в таких же процентных концентрациях»9.
Следующая категория - питьевая бутылированная вода. Она бывает газированная и негазированная. Делится на два сорта: первый (столовая) и высший. Первый сорт представляет собой «природную воду или искусственно полученную воду (полностью очищенная с дальнейшим искусственным добавлением определенного количества необходимых элементов и соединений)»10. Второй, высший сорт - это природная вода: артезианские, родниковые, колодезные и бюветные воды.
Артезианские воды глубокого залегания, они лучше защищены от различных промышленных и бактериальных загрязнений. «Состав артезианских вод зависит от глубины их залегания. Такая вода может иметь повышенную жесткость и содержать бактерии и органические вещества». Данную воду необходимо фильтровать и очищать, что осу-
9 Статья. Какую бутилированную воду пить? (http://www.o8ode.ru/ article/answer/kach/kakuu_butilirovannuu_vodu_pit.htm)
10 Статья. Вода! - Качество, которое мы выбираем. (http://www. bestwater.su/)
ществляется с помощью очистных систем промышленного и бытового назначения.
Родниковая вода извлекается в том самом месте, откуда она поступает из-под земли. Вода может быть пресной или минерализованной. В первом случае - это родники и ключи, а во втором - источник минеральных вод. («Родником или ключом обозначается небольшой водный поток, бьющий непосредственно из земных недр» ). «Природа у родниковой воды такая же, как у колодезной или артезианской, так как она поступает с подземного водоносного горизонта или бассейна. Но родники так же, как артезианские скважины и колодцы, подвержены загрязнению»11.
Бюветные воды (франц. buvette, буквально - буфет, распивочное заведение) - «специальное сооружение, устраиваемое над минеральным источником или возле него для отпуска питьевой минеральной воды, с целью предохранения ее от загрязнения и создания необходимых удобств для пользования».
Таким образом, источниками питьевой воды может быть водопроводная сеть с последующей дополнительной очисткой воды посредством кипячения или фильтрации, а также бутилированная вода, которая делится на минеральную, искусственную и питьевую. Какую воду пить решает потребитель самостоятельно, так как у каждого источника имеются свои как положительные, так и отрицательные стороны.
11 Статья. О.В. Мосин. Медицина: Бутилированная вода. Мифы и реальность (http://www.vitnik.ru/butwat.htm)
