Какое вещество содержится в воде
Анализ воды — метод исследования свойств и качеств воды. Применяется для определения количества различных веществ в составе воды, находящейся в контакте с человеком в промышленных и бытовых целях, либо в научных.
Типы воды для анализа[править | править код]
Вода для анализа классифицируется по способу её использования:
- Питьевая вода.
- Вода питьевая, расфасованная в ёмкости (бутилированная).
- Природная вода:
- поверхностная вода — вода, постоянно или временно находящаяся в поверхностных водных объектах (реки, озера, пруды, ручьи, болота, атмосферные осадки (дождевая и снеговая вода)),
- грунтовая (родники, колодцы),
- дренажная вода — воды, отвод которых осуществляется дренажными сооружениями для сброса в водные объекты (кроме полигонов бытовых и промышленных отходов),
- подземная вода — воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах (скважины);
- Технологическая вода:
- дистиллированная вода,
- бидистиллированная вода,
- деионизованная вода,
- воды котельных и контуров охлаждения,
- диализная вода,
- дочищенная вода (растворы).
- Сточная вода.
Соответственно каждому типу классификации существуют свои рекомендуемые методы измерения, предельно допустимые концентрации (ПДК) содержащихся веществ, установленные санитарными правилами и нормами (СанПиН). Для каждого метода измерения существует свой набор показателей, по которым и исследуются пробы воды.
Методы анализа воды и используемые при анализе показатели[править | править код]
Загрязнители воды[править | править код]
Содержание вещества, растворенного в воде, не превышающее установленных норм, загрязнителем не является. Это относится к любой воде — от дистиллированной до неочищенной сточной. Только в случае превышения ПДК вещество является загрязнителем. Нормы содержания различных веществ для разных типов вод отличаются. Вещества, которые могут содержаться в воде, можно классифицировать по-разному:
- По типу соединений — органические и неорганические.
На сегодняшний день большая часть загрязнителей — органические соединения, так как большинство из них имеет искусственное происхождение, и списки веществ, требующих нормирования, пополняются за счёт органических соединений.
- По источнику попадания в воду — природные или антропогенные.
Если какое-то вещество присутствует в земной коре, оно также будет присутствовать и в воде. Загрязнители, попадающие в воду в результате деятельности человека, могут увеличивать содержание уже имеющегося ингредиента или вносить вещество, которое ранее в воде не присутствовало. Концентрация этих веществ может быть различной.
- По содержанию в воде (и в живых организмах, в первую очередь) — макро- и микроэлементов.
Солесодержание или минерализация воды складывается из макроэлементов, присутствующих в десятках и даже сотнях мг на литр. Это, как правило, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты (анионы), кальций, магний, калий, натрий (катионы). Макроэлементы обладают оптимальными ионными и атомными радиусами, электронным строением для образования биомолекул. Отношение этих веществ в воде может варьировать.
Микроэлементы содержатся в воде в очень низких концентрациях от десятых долей мг в литре, до мкг, и подразделяются на необходимые, токсичные и эссенциальные. К микроэлементам относятся, например, тяжелые металлы, ПДК некоторых из них очень жесткая. Их действие на живой организм может проявиться даже в очень небольших дозах, безопасные концентрации слишком малы, поэтому дополнительное попадание в воду токсичных и эссенциальных элементов может негативно сказаться на здоровье потребителей. Некоторые тяжелые металлы (и не только), напротив, входят в состав витаминов, как необходимые для здоровья, вещества.
- По лимитирующим показателям вредности — органолептические, общесанитарные и санитарно-токсикологические.
К органолептическим относятся не только те показатели, которые можно оценить органами чувств, но и те, которые способны изменить органолептические свойства воды, например, вызвать запах, появление пены или плёнки на поверхности воды. По классу опасности — от малоопасных до чрезвычайно опасных.
Существуют и другие классификации, но в нормировании воды учитываются именно перечисленные выше условия.
Железо[править | править код]
В подземных водах присутствует, в основном, растворенное двухвалентное железо в виде ионов Fe2+.
Трехвалентное железо появляется после контакта такой воды с воздухом и в изношенных системах водораспределения при контакте воды с поверхностью труб. В поверхностных водах железо уже окислено до трехвалентного состояния и, кроме того, входит в состав органических комплексов и железобактерий.
Норматив содержания железа общего в питьевой воде — не более 0,3 мг/л. Содержание железа в воде выше норматива способствует накоплению осадка в системе водоснабжения, интенсивному окрашиванию сантехнического оборудования.
Железо придаёт воде неприятную красно-коричневую окраску, ухудшает её вкус, вызывает развитие железобактерий, отложение осадка в трубах и их засорение. Высокое содержание железа в воде приводит к неблагоприятному воздействию на кожу, может сказаться на морфологическом составе крови, способствует возникновению аллергических реакций. Также железо отрицательно влияет на репродуктивную систему.
Жесткость воды[править | править код]
(суммарное содержание солей кальция и магния)
По нормам ВОЗ, оптимальная жесткость питьевой воды составляет 1,0-2,0 мг-экв/л.
Как правило, уровень жесткости природных вод значительно выше этих значений. В бытовых условиях избыток солей жесткости приводит к зарастанию нагревающихся поверхностей в бойлерах, чайниках, трубах, отложению солей на сантехарматуре и выводу её из строя, а также оставляет налёт на волосах и коже человека, создавая ощущение их «жесткости». При стирке, взаимодействуя с ПАВами мыла или стиральных порошков, соли жесткости связывают их и требуют большего расхода. В пищевой промышленности жесткая вода ухудшает качество продуктов, вызывая выпадение солей при хранении.
В энергетике случайное кратковременное попадание жесткой воды в систему очень быстро выводит из строя теплообменное оборудование, трубопроводы. Даже небольшой слой отложений солей на поверхности теплообменного оборудования приводит к резкому снижению коэффициента теплопередачи и увеличению расхода топлива. Поэтому жесткость воды для этих целей ограничена очень малыми значениями 0,03-0,05 мг-экв/л.
Медь[править | править код]
Медь и её соединения широко распространены в окружающей среде, поэтому их часто обнаруживают в природных водах. Концентрации меди в природных водах обычно составляют десятые доли мг/л, в питьевой воде могут увеличиваться за счёт вымывания из материалов труб и арматуры. Медь придаёт воде неприятный вяжущий привкус в низких концентрациях, что и лимитирует её содержание в питьевой воде. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе источника водоснабжения для производства бутилированной питьевой воды. В случае обнаружения меди в питьевой воде в количестве более 1,0 мг/л, проводят корректировку состава воды с помощью катионообменных смол.
Органические соединения[править | править код]
В воде источников водоснабжения обнаружено несколько тысяч органических веществ разных химических классов и групп.
Органические соединения природного происхождения (гуминовые вещества, различные амины) и техногенного происхождения (поверхностно-активные вещества) способны изменять органолептические свойства воды (запах, привкус, окраска, мутность, способность к пенообразованию, пленкообразование), что позволяет их выявить и ограничить содержание в питьевой воде. В то же время огромное число органических соединений весьма неустойчивы и склонны к непрерывной трансформации, поэтому непосредственное определение концентрации органических веществ в питьевой воде затруднительно, из-за чего содержание их принято характеризовать косвенным путём в мг О2/л, определяя, например, перманганатную окисляемость питьевой воды.
Значение перманганатной окисляемости выше 20 мг О2/л свидетельствует о содержании в воде легко окисляющихся органических соединений, многие из которых отрицательно влияют на печень, почки, репродуктивную функцию организма. При обеззараживании такой воды хлорированием образуются хлоруглеводороды, значительно более вредные для здоровья населения.
Если при анализе пробы воды обнаружено, что значение перманганатной окисляемости выше 5, а тем более 20 мг О2/л, такая вода требует очистки от органических загрязнений.
Нитраты[править | править код]
В поверхностных и подземных источниках воды присутствуют соединения азота в виде нитратов и нитритов. В настоящее время происходит постоянный рост их концентрации из-за широкого использования нитратных удобрений, избыток которых с грунтовыми водами поступает в источники водоснабжения. Согласно санитарным правилам и нормам, в воде централизованного водоснабжения содержание нитратов не должно превышать 45 мг/л, нитритов — 3 мг/л.
Нитраты в концентрации более 20 мг/л оказывают токсическое действие на организм человека. Постоянное употребление воды с повышенным содержанием нитратов приводит к заболеваниям крови, сердечно-сосудистой системы.
При обнаружении в пробе воды нитратов в количестве выше норматива прибегают к очистке воды с помощью обратного осмоса или ионного обмена.
Допустимые сбросы в воду[править | править код]
Предельно допустимый сброс (ПДС или ДС).
Методики выполнения измерений качества воды[править | править код]
Существует ряд методик выполнения измерений, внесённых в Федеральный реестр , разработаны они Центром исследования и контроля воды
Примеры методик:
- ЦВ 1.01.11-98 «А» — Методика выполнения измерений щелочности в пробах питьевой и природной воды титриметрическим методом
- ЦВ 1.01.14-98 «А» — Методика выполнения измерений пермангантной окисляемости проб питьевых и природных вод
- ЦВ 1.01.15-00 «А» — Методика выполнения измерений биохимического потребления кислорода (БПК5) в пробах питьевых и природных вод титриметрическим методом
С полным перечнем методик можно ознакомиться на странице Методическая помощь (недоступная ссылка). Так же там можно посмотреть принципы методов, диапазоны измерений, характеристики погрешностей и обозначения по федеральному реестру МВИ, Гостреестру методик КХА Минприроды России
Классы загрязнённости воды[править | править код]
Для оценки качества воды в реках и водоёмах их разделяют по загрязнённости на классы от 1 (условно чистая) до 5(экстремально грязная). Класс 3 имеет подклассы а и б, а класс 4 имеет подклассы а, б, в, г.
Классы основаны на интервалах удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) в зависимости от количества критических показателей загрязнённости (КПЗ). Значение УКИЗВ определяется по частоте и кратности превышения ПДК по нескольким показателям и может варьировать в водах различной степени загрязненности от 1 до 16 (для чистой воды 0). Большему значению индекса соответствует худшее качество воды.
Содержание статьи:
- Виды
- Состав
- Плотность
- Жесткость
- Польза для организма
- Вред
- Норма потребления для человека
- Как правильно пить воду
- Калорийность
Одно из самых простых и, в то же время, удивительных веществ на нашей планете – вода. Водой покрыто более 70% поверхности земного шара, из-за чего Землю принято называть голубой планетой.
Вода – это жидкость, у которой нет вкуса, запаха и цвета. Хотя называть воду жидкостью не всегда корректно, ведь она может находиться также в твёрдом состоянии в виде льда и в газообразном в виде пара. Утверждение об отсутствии у воды цвета тоже справедливо лишь относительно, цвет зависит от толщины слоя и от примесей химических веществ, а также от длины волны света, проходящего сквозь воду. Ведь никто не назовёт воду в океане бесцветной. Вопрос о вкусе тоже спорный, водопроводная вода не сравнится по вкусу с родниковой, и причиной этому тоже являются растворённые вещества.
Виды воды
Существует несколько видов воды.
Она различается по:
- агрегатному состоянию (пар, вода, лёд);
- жёсткости (мягкая, жёсткая);
- изотопам водорода (лёгкая, тяжелая, сверхтяжелая).
Также различают пресную, морскую, грунтовую, ледниковую, минеральную, дождевую, питьевую, дистиллированную воду.
Состав воды
Химический состав воды может значительно различаться. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, соединённых ковалентной связью. Химическая формула такой молекулы H2O. Обычно воду с точки зрения химии называют оксидом водорода, но можно встретить также термины гидроксид водорода, монооксид дигидрогена и дигидромонооксид.
В обычных условиях вода представляет собой жидкую смесь разных химических веществ. Большинство из них находится в виде анионов и катионов. Практически всегда в воде присутствует примесь кальция, натрия, калия, магния, хлора и других элементов.
Плотность воды
В справочных таблицах плотность воды указывается как 1г/мл, 1000 г/л или 1000 кг/м3. То есть принято считать, что количество воды объёмом в 1 литр (1 кубический дециметр) весит ровно 1 килограмм. Всегда ли это утверждение справедливо? Оказывается, оно верно только для абсолютно чистой (дистиллированной) воды.
Опытным путём учёные выяснили, что плотность воды увеличивается при охлаждении, но только до температуры 3,8-4,2°С. В этом температурном диапазоне плотность воды достигает максимума и составляет 999,972 кг/м3.
При дальнейшем понижении температуры плотность начинает снижаться, а объем воды увеличивается. Когда охлаждение достигает нуля градусов по шкале Цельсия, в воде начинается процесс кристаллизации – перехода в твёрдое состояние или, попросту, замерзания. При этом объём вещества продолжает увеличиваться, а плотность уменьшаться. Ни одна другая жидкость на Земле не проявляет таких свойств.
Кроме температуры, на плотность воды влияет количество примесей минеральных веществ в химическом составе. Наиболее плотными являются морская и грунтовая (минеральная) вода. В них содержится много солей. Следует учитывать, что эти виды воды тоже значительно различаются в зависимости от источника. Наиболее солёной, а значит, и плотной на планете признана вода Мёртвого моря, ее плотность составляет 1,3-1,4 г/см3.
Жёсткость воды
Эта характеристика обусловлена количеством солей металлов (преимущественно кальция и магния), растворённых в воде. Для измерения жёсткости принята специальная единица – градус жёсткости (°Ж).
Шкала жёсткости воды распределяется таким образом:
- очень мягкая — 0-4°Ж;
- мягкая – 4-9°Ж;
- средней жёсткости – 9-16°Ж;
- жёсткая – 16-30°Ж;
- очень жёсткая – свыше 30°Ж.
Жёсткость бывает двух видов: временная и постоянная. С временной можно легко бороться при помощи кипячения. В процессе кипячения соли кальция и магния оседают на посуде в виде накипи. При постоянной жёсткости этого не происходит, и вещества, образующие жёсткость, могут нанести вред организму человека.
Ощутить жёсткость можно при совершении простых бытовых действий. Например, при стирке в жёсткой воде ткани покрываются лёгким налётом и не выглядят яркими, поскольку на волокнах откладываются те же вещества, что оседают на чайнике при кипячении. Такой же налёт появляется на сантехнических устройствах, нагревательных элементах стиральных машин. Жёсткая вода сушит кожу и волосы человека, разрушая их естественный липидный слой. Вкус еды и напитков, приготовленных на жёсткой воде, раскрывается слабо, ведь она не даёт в полной мере растворяться веществам, входящим в состав ингредиентов пищи. Если вода очень жёсткая, то можно визуально заметить на поверхности сосуда мутную плёнку. На вкус такая жидкость будет горчить, этот привкус придают содержащиеся в ней соли.
Мягкая вода, напротив, легко растворяет вещества, с которыми соприкасается. При мытье волос в мягкой воде можно ощутить большое образование пены. Стиральный порошок тоже будет обильно мылиться.
Однако не надо думать, что мягкая вода полезнее жёсткой. Попадая в организм, она растворяет не только вредные, но и полезные минеральные вещества, выводит кальций из костей. При этом страдают зубы, волосы, суставы. В городах, где водопроводная вода слишком мягкая, проводятся специальные мероприятия по обогащению её минералами. В домашних условиях для предотвращения вымывания солей рекомендуется употреблять в качестве питья больше минеральной воды и пользоваться минерализированной зубной пастой.
В разных городах жёсткость воды значительно отличается. Например, Одесса славится достаточно жёсткой водой – 12°Ж и более. В Санкт-Петербурге вода, напротив, очень мягкая, всего 2-3°Ж. Власти этого города вынуждены постоянно проводить обогащение воды кальцием. В Москве жёсткость водопроводной воды сильно варьируется в разных районах, от 4 до 12°Ж.
Польза воды для организма
Несмотря на то, что вода является неорганическим соединением, ее пользу для организма сложно переоценить. Жизнь когда-то зародилась в воде и развивается благодаря ей. Без воды не может существовать ни одно живое существо, в том числе и человек. Антуан де Сент-Экзюпери высказался о воде просто и исчерпывающе: «Ты – сама жизнь». В профессиональной среде биологов бытует шутка, что вода изобрела человек для своего передвижения. Каждому школьнику известно, что организм человека состоит из воды почти на 80%. Для чего же в организме столько воды, какова её биологическая роль?
Попадая в организм через рот, вода попадает в пищевод, затем в желудок и оттуда в кишечник. Там происходит её всасывание через стенки кишечника в кровь. Вместе с водой при этом всасываются не только те минералы, которые были в ней, но и органические и минеральные вещества, попавшие в организм с пищей. Это возможно благодаря тому, что вода является абсолютным растворителем. Она способна растворять буквально все попавшие в её среду вещества.
Кровеносная система является основным путём «доставки» жизненно необходимых питательных веществ, витаминов и микроэлементов к клеткам организма. Кровь состоит наполовину из кровяных телец, наполовину из плазмы. А плазма представляет собой именно воду с растворёнными в ней органическими и неорганическими веществами. Эти вещества питают каждую живую клетку.
В человеческом теле 60% жидкости содержится внутри клеток, 40% — это межклеточная жидкость.
Стоит отметить, что человеческие органы «потребляют» воду в разном количестве.
Для сравнения, рассмотрим содержание воды в разных внутренних органах и системах:
- мозг – 90%;
- сердце, лёгкие, почки – 80%;
- кожа – 70%;
- кости – 25%;
- зубы – 10%.
Удивительно, что самым «водянистым» органом оказывается мозг. Из этого можно сделать вывод, что при недостатке жидкости в организме страдают, в первую очередь, мыслительные процессы. Это подтверждается тем, что путешественники в пустыне, страдающие от жажды, отмечают спутанность мышления и испытываю галлюцинации.
Не менее удивительно, что такие, казалось бы, «сухие» части тела, как зубы и кости, тоже содержат жидкость, и немало.
После того, как вода обеспечила все органы и клетки питательными веществами, минералами и витаминами, она должна покинуть организм. Но при этом она выполняет еще одну важнейшую функцию.
В результате происходящих в тканях биохимических реакций (переработки белков и углеводов) в клетках появляются отработанные вещества – шлаки. Вода снова выступает в роли растворителя. Она растворяет и выводит все отходы жизнедеятельности сначала из каждой клетки, а затем из организма.
Покидает организм вода разными путями. Половина её выводится через мочевыделительную систему. Если принять условную норму потребления жидкости в день в объёме 2 литра, то почки выводят 1 литр ежедневно. Ещё 300 мл выводится через кишечник. Целых 400 мл (два стакана!) воды испаряется через кожу. И более 300 мл человек просто выдыхает.
Такое важное путешествие по всем системам человеческого тела вода совершает ежедневно. За одни сутки обновляется 6% всей жидкости в теле, а за 10 дней – половина. Можно с уверенностью утверждать, что за срок чуть более 20 дней вся вода полностью обновляется. Получается, что за такой период сам человек становится иным более чем на 70%.
Кроме основных функций (доставки питательных веществ и выведения шлаков) вода выполняет также следующие задачи:
- участвует в процессе терморегуляции, охлаждая организм потоотделением;
- улучшает состояние суставов, являясь основным компонентом межсуставной смазки;
- регулирует кровяное давление, нормализуя тонус сосудов и состояние крови;
- улучшает пищеварение, приводя в норму повышенную кислотность;
- поддерживает в хорошем состоянии кожу и волосы;
- помогает эффективно бороться с ожирением, выводя шлаки из организма и регулируя повышенный аппетит.
Вред воды для организма
Несмотря на свои полезные свойства, в некоторых случаях вода способна причинить вред организму человека.
Ни в коем случае нельзя пить дистиллированную воду, она является слишком мощным растворителем и вымывает кальций – основу скелета.
Морская вода тоже непригодна для питья. Количество хлорида натрия в ней таково, что при попадании в организм начинается процесс осмоса: на вывод лишней соли тратится больше воды, чем было выпито. Это чревато обезвоживанием. Именно поэтому потерпевшие кораблекрушение в открытом море погибали от жажды посреди воды.
Не стоит пить слишком горячую воду. От неё страдает зубная эмаль и слизистая внутренних органов, а последнее вызывает панкреатит.
Чем опасна очень холодная вода, знает каждый ребенок. Переохлаждение миндалин ведёт к ангинам и другим неприятным последствиям. Органы пищеварения также страдают, возможны спазмы и разрывы сосудов. При этом ледяной водой напиться нельзя, она не усваивается организмом.
Не менее опасна вода из так называемых «святых источников» и всевозможных родников. Химический состав её неизвестен. Возможно, в грунтовые воды, из которых вода поступает в родник, попадают отходы производств или стоки со свалок. Бактериологические пробы с таких источников также берут крайне редко, не исключено наличие возбудителей опасных инфекционных заболеваний.
Норма потребления воды для человека
Упомянутые выше 2 литра потребляемой в день жидкости – весьма условная цифра. Норма потребления воды для человека индивидуальна и зависит как от самого организма, так и от внешних условий.
Правильным будет прислушиваться к самочувствию и соблюдать водный баланс: сколько воды покидает тело, столько и нужно выпить, чтобы восполнить потери влаги.
Человек, занимающийся физическим трудом, потеет и выдыхает много пара. Значит, он будет пить больше, чем сотрудник офиса, спокойно сидящий за столом.
Зимой организму требуется меньше жидкости, чем летом, ведь с потоотделением вода почти не выводится.
Жителям жарких стран приходится пить больше, чем северянам. Их норма потребления достигает 3,5 литров в день, а в очень экстремальных температурных условиях потребуется до 6 литров.
Почувствовать нехватку жидкости в организме очень легко, надо лишь быть внимательным к себе. Симптомами обезвоживания являются сухость слизистых рта и глаз, сильная жажда, учащённое дыхание, головокружение из-за пониженного кровяного давления, слабость, судороги, отсутствие выделения пота, проблемы с мочеиспусканием и запор, в тяжелых случаях обмороки.
Как правильно пить воду
Чтобы вода приносила максимальную пользу, пить её нужно небольшими порциями на протяжении дня.
Первый стакан воды нужно выпить сразу после пробуждения, это запустит обменные процессы в организме и восполнит ночные потери жидкости
Далее нужно выпивать по одному стакану за полчаса до каждого приёма пищи. Это снизит ложное чувство голода и позволит избежать переедания.
После еды следует попить воды через 2-2,5 часа, чтобы пищеварительный процесс завершился поступлением необходимой жидкости.
Не стоит забывать пить воду за 30-40 минут до спортивной тренировки, а также за час до сна.
В остальное время питьевой режим должен быть основан на чувстве комфорта. Организм сам подскажет, когда и сколько нужно выпить воды, нужно только прислушаться к сигналам собственного тела.
Интересно, что иногда человек ощущает жажду, как голод. Можно попробовать заменить перекусы стаканом воды. Часто этого бывает достаточно, чтобы унять аппетит.
Важно, что чувство жажды, которое не проходит даже при обильном питье, может быть симптомом серьёзных заболеваний. В этих случаях следует обратиться к врачу как можно скорее.
Калорийность воды
Чистая жидкость не содержит питательных веществ – белков, жиров и углеводов. Поэтому калорийность воды составляет 0 Ккал. Она является идеальным диетическим напитком, при условии, что в нее не добавлены мёд, сахар и другие подсластители. Однако следует учитывать, что напитки на основе воды, такие как чай и кофе, могут быть калорийны из-за добавок молока, сахара, сливок. Такие напитки называться водой уже никак не могут, по своему составу они ближе к еде.