10 Лекция 5

Растворенные минеральные соли. Соленость и жесткость

Основные запасы воды на нашей планете сосредоточены в Мировом океане (96,5%). Пресных вод в гидросфере всего 2,58% от общих запасов воды. При этом в реках и озерах находится всего соответственно 0,006% и 0,25% от общего количества пресных вод, остальная их часть аккумулирована в ледниках, вечных снегах и в литосфере. Таким образом, основная часть нашей гидросферы – это соленая вода. Что же такое соленость? Соленостью принято называть сумму концентраций всех растворенных в воде минеральных веществ. Наиболее часто соленость воды выражается в граммах на 1 кг, или в промилле (% 0). По степени солености все природные воды, согласно Венецианской системе, подразделяют на пресные (до 0,5% 0), миксогалинные или солоноватые (0,5 - 30% 0), олигогалинные (0,5 - 5% 0), мезогалинные (5 - 18% 0), полигалинные (18 - 30% 0), эугалинные или морские (30 - 40% 0), гипергалинные или пересоленные (более 40 % 0). К пресным водоемам относятся реки и большинство озер, к эугалинным Мировой океан, к миксогалинным и гипергалинным некоторые озера и отдельные участки Мирового океана. Например, Финский залив по международной классификации является солоноватоводным или (в западной части) мезогалинным водоемом. Воды с постоянной соленостью называют гомойогалинными, с непостоянной соленостью – пойкилогалинными. Организмы, приспособленные к обитанию в водах с узким диапазоном солености, называют стеногалинными , а приспособленные к широкому диапазону солености – эвригалинными . Основными солями, содержащимися в морской воде, являются: 1) хлориды (NaCl, MgCl), доля которых равна 88,7% всех растворимых в воде веществ. Они придают воде горько-соленый вкус; 2) сульфаты (МgSО 4 , СаSО 4 , Ка 2 SО 4), которых в морской воде содержится 10,8%; 3) карбонаты (СаСО 3), доля которых составляет 0,3% всех растворенных солей. Установлено, что состав веществ (их соотношение), определяющий соленость морской воды, почти одинаков и постоянен во всех точках, как на поверхности, так и на глубинах Мирового океана. При изменении общего количества растворенных солей (солености) их процентное соотношение не изменяется. Поэтому для определения солености морской воды достаточно измерить количество одного какого-нибудь химического элемента (обычно хлора, как наиболее легко определяемого) и по нему вычислить общую соленость и количество всех остальных элементов. Эмпирическое соотношение между солёностью Мирового океана и содержанием хлора, установленное Международной Комиссией по изучению моря: S = 1,80655 Cl, где S - хлорный коэффициент. Для определения солёности по хлору используют специальную таблицу. Для внутренних морей эта формула непригодна. Нужны специальные формулы для каждого побережья отдельно. Кроме данного способа определения солености из числа химических следует упомянуть проведение детального химического анализа воды. Но кроме химических, существуют также физические способы определения солености: а) по плотности воды при определённой температуре (ареометрический); б) по измеренному коэффициенту преломления воды (оптический); в) по электропроводности. Соленость воды в Мировом океане одинакова не везде. В открытой части она изменяется в пределах 33-37 % 0 и зависит от климатических условий (разности испарения и количества выпадающих осадков). Поэтому в ее распределении четко проявляются черты широтной зональности, что позволяет картировать эту характеристику (карты изогалин). В отдельных районах широтная зональность нарушается влиянием переноса солей течениями. В распределении солености поверхностных вод прослеживается зональность, обусловленная прежде всего соотношением выпадающих атмосферных осадков и испарения. Уменьшают соленость сток речных вод и тающие айсберги. В приэкваториальных широтах, где осадков выпадает больше, чем испаряется, и велик речной сток, соленость 34-35 % 0 . В тропических широтах мало осадков, но велико испарение, поэтому соленость составляет 37 % 0 . В умеренных широтах соленость близка к 35, а в приполярных – наименьшая (32-33 % 0), т.к. количество осадков здесь больше испарения, велик речной сток, особенно сибирских рек, много айсбергов, главным образом вокруг Антарктиды и Гренландии. Если говорить о воде озер , прежде всего необходимо вспомнить о том, что озера бывают не только пресные. Озера, вода которых содержит большое количество минеральные солей (обычно свыше 1 % 0), называют минеральными. Минеральные озера подразделяются на солоноватые (до 35 % 0) и соленые (свыше 35 % 0). Минеральные озера – в характерный компонент аридных ландшафтов. Накопление солей обычно происходит за счет вноса в бессточные котловины растворенных минеральных и биогенных элементов, солей и газов реками, подземными водами и атмосферными осадками и интенсивного испарения с водной поверхности озер. Встречаются и ситуации, когда соленость озер обусловлена периодическим попаданием в них морской воды, например, во время штормов, если озеро расположено рядом с берегом моря. По химическому составу минеральные озера подразделяются на карбонатные (содовые), сульфатные (горько-соленые) и хлоридные (соленые). Содержание растворенных солей в пресных озерах имеет нижнюю границу порядка нескольких мг в 1 л. Представленность ионов в воде пресных озер более или менее согласуется с природными зонами, в которых эти озера находятся. Так, в озерах тундры преобладают анионы силикатов и гидрокарбонатов, в лесной зоне - ионы кальция и гидрокарбонатов, в степной, пустынной и полупустынной - ионы натрия и хлора. Кроме главных ионов минерализации - HCO 3 - , СО 3 2- , Cl - , Ca 2+ , Mg 2+ , Na + , К + , для развития жизни очень важны и нередко дефицитны биогенные элементы: N (в его связанной форме), Р, Si, Fe, Mn, Cu, Zn и др. От соотношения недиссоциированной и диссоциированной углекислоты, её гидрокарбонатных и карбонатных солей зависит в большинстве случаев pH воды. Состав речной воды, с точки зрения соотношения растворенных в ней анионов, также резко отличается от состава морской воды. Как и в воде пресных озер, солевой состав речных вод определяется катионамиСа 2+ , Мg 2+ , Nа + , К + и анионами НСO 3 - , Сl - , SO 4 2- . Эти ионы называются главными ионами воды или макрокомпонентами; они определяют химический тип воды. Остальные ионы присутствуют в значительно меньших количествах и называются микрокомпонентами; они не определяют химический тип воды. Обычно основные анионы речных вод – гидрокарбонаты и карбонаты (60,8%). Высока и доля сульфатов – 9,9%. А вот хлористые соединения, преобладающие в морских водах, находятся в реках в очень малом количестве (5,2%). Если говорить о свойственных пресным водам катионах, наибольшее внимание всегда привлекает содержание кальция и магния. Это связано и с тем, что соли этих металлов обычно слабо растворимы и легко выпадают в осадок, и с тем, что эти катионы, особенно кальций,играют большую роль в жизни водных организмов. Сумма концентраций в воде ионов магния и кальция называется жесткостью. Согласно традиционно принятой в России, хотя и не соответствующей международным стандартам (т.е. системе СИ), системе, жёсткость выражают в миллиграмм-эквивалентах (или миллиэквивалентах) ионов кальция и магния, содержащихся в 1 литре (т. е. 1 дм 3 , то есть 1 кг) воды. Он рассчитывается как частное от деления массы 1 миллимоля иона на величину электрического заряда (валентности) данного иона. Таким образом, более точно эту величину можно назвать миллимоль-эквивалент/дм 3 . 1 миллиграмм-эквивалент соответствует содержанию в воде 20,04 мг Ca 2+ или 12,16 мг Mg 2+ . Расчет жесткости в этих единицах можно производить по следующей формуле:

Ж =
	20,04		12,16

где x(Ca 2+) и x(Mg 2+) - концентрация в мг/л ионов кальция и магния. Кроме этой единицы, в литературе можно также встретить жесткость воды, выраженную в немецких, английских, французских и американских градусах. Жёсткость подразделяют на временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную). Карбонатная жёсткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция и магния. При кипячении гидрокарбонаты разрушаются, а ионы Ca2+ и Mg2+ выпадают в осадок в виде малорастворимых карбонатов. С течением времени часть выпавших в осадок карбонатов вновь растворяется, особенно в щелочной воде, что приводит к повышению временной жёсткости. Жёсткость, сохраняющаяся после кипячения воды, называется постоянной. По степени жесткости, то есть по суммарному содержанию катионов кальция и магния (в миллиэквивалентах), независимо от того, с каким анионом они связаны, природные воды различаются следующим образом: очень мягкие (<1,5); мягкие (1,5-3,0); умеренно жесткие (3,0-6,0); жесткие (6,0-9,0); очень жесткие (> 9,0). Жесткость воды в значительной мере зависит от представленности относительно легко растворимых кальцийсодержащих горных пород, например, известняков. Так, в Ладожском озере и Неве вода очень мягкая (0,5). Более жесткая вода характерна, например, для некоторых рек южного берега Финского залива: они текут с территории плато, сложенного ордовикскими известняками. Довольно жесткая вода и на юге европейской части России. Жёсткость природных вод может варьировать в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда, так как дождевые и талые воды обычно содержат мало растворенных солей. Наименьшая минерализация воды в реках наблюдается в периоды половодья и дождевых паводков, а наибольшая – в зимний период. Наибольшей жёсткостью отличаются воды морей и океанов, а также водоёмов с грунтом, состоящим из кальциевых пород. Наименее жёсткая вода содержится в водоёмах, которые питаются исключительно атмосферными осадками (при условии, если в их грунтах не содержится кальций), в водоёмах тундры и тайги, в лесных водоёмах и в реках, протекающих в местностях с торфяными болотами. Минерализация речных вод в целом увеличивается с севера на юг от 100-150 мг/дм 3 в тундровой зоне до 800-1000 мг/дм 3 на реках пустынной зоны. Большинство рек России имеют малую (100-200 мг/дм 3) и среднюю (200-500 мг/дм 3) минерализацию воды. Значение минеральных ионов в жизни водных организмов очень многогранно. Одни из них, получивших название биогенов, необходимы растениям для обеспечения процессов биосинтеза. К таким биогенам, лимитирующим рост и развитие гидрофитов, в первую очередь относятся ионы, содержащие азот, фосфор, кремний и железо. Меньшее значение имеют калий и кальций, а также сера и магний. В последнем, кроме животных, огромную потребность испытывают растения, так, как этот элемент совершенно необходим для биосинтеза хлорофилла. Действие солей усиливается с повышением температуры, что связано с возрастанием интенсивности обменных процессов. Роль же кальция, как и анионов карбоната, к тому же, велика для тех живых организмов, которые имеют известковые раковины или скелеты, например, моллюсков и коралловых полипов. Другое значение минеральных ионов связано с влиянием на солевой состав гидробионтов (диффузия через их наружные покровы). Одной из основных проблем всех водных обитателей, независимо от сложности их организации, является регуляция осмотического давления. Осмотическое давление развивается в результате диффузии молекул воды через полупроницаемую мембрану живых клеток. В его основе лежит свойство мембран избирательно пропускать молекулы одних веществ и задерживать молекулы других. При разной концентрации солей по обе стороны мембраны, например, внутри клетки и вне её, диффузия молекул воды в область большей концентрации солей возрастает. По способности поддерживать на постоянном уровне свое внутреннее осмотическое давление водные живые организмы принято подразделять на пойкилосмотические и гомойосмотические. Пойкилосмотические организмы – это водные организмы, не способные сохранять более или менее постоянное осмотическое давление полостных и тканевых жидкостей при изменении солёности воды. Осмотическое давление внутренней среды у них равно внешнему или немного выше его. Из растений, пойкилосмотическими организмами являются водоросли. К пойкилосмотическим животным относятся низшие беспозвоночные, двустворчатые моллюски, многие кольчатые черви, иглокожие и др. Пойкилосмотические животные не способны поддерживать осмотическое давление ниже, чем во внешней среде. Они могут быть стеногалинными или эвригалинными. У эвригалинных пойкилосмотических животных внутреннее осмотическое давление изменяется в широких пределах параллельно изменению солёности во внешней среде. Гомойосмотические организмы – водные организмы, обладающие способностью сохранять более или менее постоянное осмотическое давление полостных и тканевых жидкостей, отличное от осмотического давления во внешней среде. Подавляющее большинство высших водных растений являются гомойосмотическими. Примером гомойосмотических животных являются многие пресноводные беспозвоночные. Они поддерживают осмотическое давление, выводя излишнюю воду из организма с помощью выделительных органов. Другой пример гомойосмотических животных – костистые рыбы; те из них, которые живут в морях, поддерживают более низкое по сравнению с внешней средой осмотическое давление крови и тканевой жидкости, выделяя через почки относительно небольшое количество мочи, а через жабры – избыточное количество солей; костистые рыбы, обитающие в пресных водах, наоборот, удерживают более высокое по сравнению с внешней средой осмотическое давление, выделяя много мочи, а через жабры поглощая соли. Некоторые животные (например, рачки-бокоплавы) в пределах изменений солёности внешней среды, которые они способны переносить, гомойосмотичны при низкой солёности, но становятся пойкилосмотичными при высокой. Соленость воды – фактор, ограничивающий распространение многих водных организмов. Целые крупные систематические группы, такие, как бурые водоросли среди растений или иглокожие среди животных, представлены практически исключительно морскими видами. Другие же организмы смогли освоить и пресные воды, для чего выработали целый ряд приспособлений. Так как концентрация растворимых веществ и белков в клетке больше, чем в пресной воде, пресноводные организмы вынуждены проделывать огромную работу по удалению избытка проникающей в их тело воды. Поэтому, например, пресноводные рыбы обладают по сравнению с морскими более сильно развитыми почками, обеспечивающими удаление избытка воды из организма. Моча этих животных содержит меньше солей, чем кровь и тканевые жидкости. Эти различия в физиологии приводят к тому, что, как правило, вид или популяция может жить либо только в пресной, либо только в морской воде. Поэтому соленые водоемы имеют свою характерную флору и фауну, а пресные водоемы – свою. При изменении солености воды растительность и животный мир сильно изменяется, что хорошо видно на примере огромного солоноватого озера – Аральского моря. В XX веке, с развитием орошаемого земледелия и уменьшением стока рек Сырдарьи и Амударьи это озеро начало интенсивно высыхать, сокращая свои площадь и объем воды. В результате концентрация солей в воде стала возрастать. Последствия осолонения воды начали сказываться на фауне Аральского моря с середины 1970-х годов, когда соленость воды в море достигла 12–14 ‰. Именно эта соленость в Аральском море является барьером критической солености, разделяющим два главных типа фаун – пресноводную и морскую. Поэтому повышение солености воды всего на 2–4 ‰ вызвало кардинальные перестройки в фауне моря. Пресноводные эвригалинные виды и пойкилосмотические акклиматизированные каспийские виды, вымерли, а массовое развитие получили эвригалинные виды морского происхождения и солелюбивые виды материковых вод. Следующее сокращение видового состава наблюдалось при солености 24–28 ‰, когда выпали солоноватоводные виды и гомойосмотические каспийские виды. В силу жестких требований к работе выделительной и других систем, для водных организмов обыкновенна специализация к обитанию в воде с определенной соленостью, то есть стеногалинность. Именно стеногалинные формы преобладают, например, среди обитателей Мирового океана. Наименее благоприятны для жизни водоемы с промежуточным уровнем солености. Часто лишь незначительные сдвиги в концентрации солей в воде сказываются на распределении близкородственных видов. Численность обитателей солоноватых вод очень велика, но их видовой состав беден, поскольку здесь могут жить только эвригалинные виды как пресноводного, так и морского происхождения. Например, озеро с соленостью, изменяющейся от 2 до 7% 0 , населяют пресноводные рыбы, такие как карп, линь, щука, судак, хорошо переносящие небольшую соленость, и морские, например кефаль, которые терпимо относятся к недостаточной солености. Еще одно значение фактора солености состоит в том, что с повышением солености воды возрастает ее плотность и вязкость, что, как мы выяснили на предыдущих лекциях, существенно сказывается на плавучести водных организмов и условия их движения. Возможно, именно с этим обстоятельством связаны отмечавшиеся для некоторых видов эвригалинных организмов закономерные изменения внешнего облика при изменении солености воды, в которой они обитают.

Кислотно-щелочной баланс (pH ) воды

Другим важным гидрохимическим фактором, который надо обязательно обсудить, является соотношение между присутствием в воде катионов водорода H + и анионов гидроксила OH - – кислотно-щелочной баланс. Вообще говоря, вода имеет химическую формулу H 2 O, но еще из школьного курса химии вам должно быть известно, что благодаря процессу диссоциации даже в дистиллированной воде присутствуют в определенной концентрации ионы водорода и гидроксила. Нейтральная вода обладает концентрацией водородных ионов 10 -7 граммов на литр и ровно такой же концентрацией анионов гидроксила. Содержание катионов водорода называют водородным показателем, или показателем pH, который отражает степень кислотности воды. Для наглядности пишут только логарифм водородного показателя без отрицательного знака, то есть просто "7". pH измеряется в пределах от 1 до 14. В кислой воде этот показатель ниже, чем 7; в щелочной выше, чем 7. В зависимости от кислотности вода классифицируется следующим образом (это один из вариантов классификации): pH 1-3 – сильнокислая вода; pH 3-5 – кислая вода; pH 5-6 – слабокислая вода; pH 6-7 – очень слабокислая вода; pH 7 – нейтральная вода; pH 7-8 – очень слабощелочная вода; pH 8-9 – слабощелочная вода; pH 9-10 – щелочная вода; pH 10-14 – сильнощелочная вода. Кислотность поверхностной морской воды составляет 8,2 ± 0,3 (в зависимости от географической точки и сезона). В природных пресных водах pH изменяется от менее 3,0 у сильнокислых до 6,5-7,5 у нейтральных и более 9,5 у сильнощелочных. Значение pH в речных водах обычно варьирует в пределах 6,5-8,5, в незагрязненных атмосферных осадках около 5,6, в болотах 4,5-6,0. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом 7,4-8,2, то есть летом вода становится более щелочной. Это обусловлено жизнедеятельностью водных организмов и другими причинами. Кислотность природных вод определяется характером почвы, грунтов, местности. Пониженное значение рН характерно для болотных вод за счет повышенного содержания гуминовых и др. кислот. Загрязнения, придающие воде повышенную кислотность, возникают при “кислотных” дождях, попадании в водоемы неочищенных стоков промышленных и с/х предприятий. Даже обычный дождь в экологически чистой местности имеет подкисленную реакцию рН = 5,6-6,0 за счет частичного растворения углекислого газа атмосферы. Для северо-западного региона России из-за большого количества верховых болот, заросших сфагновыми мхами, характерны именно водоемы с кислой реакцией воды. В небольших водоемах на сфагновых болотах рН воды может составлять до 3,4. В тех областях, где есть мощные залежи известняков или мела (например, в Белгородской и других областях юга Европейской части России), природные воды имеют щелочную реакцию. pH зависит также от интенсивности газообменных процессов в водоемах, связанных с процессами дыхания и фотосинтеза водных организмов. Так, в ходе активного фотосинтеза в водоеме реакция его воды может становиться более щелочной (до рН=10) из-за исчерпания запасов углекислоты. В течение ночи, когда фотосинтез не происходит, а все водные организмы продолжают дышать и насыщать воду углекислотой, рН снова снижается. Размах таких суточных колебаний кислотности обычно не превышает двух единиц рН. Относительная устойчивость величины pH в водоемах зависит от буферных свойств их воды, что определяется составом растворенных в ней веществ. Значительную роль в обеспечении относительно стабильной кислотности пресных вод играет их карбонатная система. Углекислый газ не только растворяется в воде, но, вступив в реакцию с ней, образует слабую кислоту H 2 CO 3 . Присутствие в воде солей усиливает её буферные свойства, в связи с чем одинаковое подкисление мягкой и жёсткой воды вызовет в первом случае значительно более заметный сдвиг pH. Ещё более сильными, чем у жёсткой воды, буферными свойствами, или, как говорят, ещё большей буферной ёмкостью, обладает морская вода. Для грубого определения кислотности воды используют химические индикаторы, изменяющие цвет в зависимости от pH пробы воды. К таким индикаторам прилагаются специальные цветовые шкалы, при сравнении с которыми и определяют pH. Для получения более точных результатов используют pH-метры на основе ионоселективных электродов. Роль pH для живых организмов определяется в первую очередь его влиянием на активность ферментов и состояние других белковых молекул. Кроме того, поскольку большинство реакций в клетках протекает в водной среде, избыток или недостаток ионов может существенно влиять на протекание также различных неферментативных реакций. Поэтому pH имеет важное общебиологическое значение и его величина имеет большое витальное значение. Например, pH крови человека поддерживается в пределах 7,35-7,47, pH большинства тканевых жидкостей организма поддерживается на уровне 7,1-7,4. Значения pH крови, выходящие за указанные пределы, свидетельствуют о существенных нарушениях в организме, а значения ниже 6,8 и выше 7,8 несовместимы с жизнью. В то же время, когда мы говорим о водных организмах, у них стоит проблема разницы парциальных осмотических давлений ионов водорода и гидроксила внутренней и внешней среды. Помимо общих механизмов осморегуляции, в регуляции pH внутренней среды таких организмов участвуют буферные системы их внутренних жидкостей. Помимо прямого действия на живые организмы, кислотность воды может оказывать и значительное косвенное действие на них. От ее величины зависит уровень диссоциированности и растворимость многих химических веществ, небезразличных для живых организмов. Примером могут послужить аммиак и аммоний. Как мы уже говорили, в основном, большинство водных животных выделяет излишки азота в виде аммиака. На самом деле часть этого аммиака представляет собой ионы аммония (NH 4 +), а часть просто растворена (NH 3). То же относится и к аммиаку, образующемуся при разложении в воде мертвого органического вещества. Аммиак в растворе превращается в аммоний, присоединив к себе ион водорода, аммоний превращается в аммиак, отдав ион водорода. Чем больше в воде свободных ионов водорода (т.е. чем ниже pH), тем больше в ней будет аммония и меньше аммиака, и наоборот. Токсичность аммония намного ниже, чем у аммиака. Следовательно, при высоком pH проблема аммиачного отравления существенно выше, чем при низких pH. Величина pH определяет также доступность двуокиси углерода для живых организмов, так как изменяет соотношение между содержанием в воде анионов карбонатов и гидрокарбонатов и растворенного CO 2 . Таким образом, вполне закономерно, что роль pH воды в жизни водных организмов исключительно велика. Так, в сильнокислой воде с pH 3.0-3.5 рыбы вообще не выживают, а могут существовать только некоторые растения и беспозвоночные. pH более 10.5 также смертелен для всех видов рыб. Наилучшим образом рыбы выживают при значениях водородного показателя в пределах 5.0-9.0. При рН ниже 5 можно наблюдать их массовую гибель, хотя отдельные виды приспосабливаются и к среде, значение рН которой доходит до 3,7. При pH > 5,5 в пресных водоемах также начинает уменьшаться видовое разнообразие живых организмов. Поскольку величина pH в различных водоемах весьма различна, а живые организмы стремятся занять все доступные им местообитания и в ходе эволюции адаптируются к их условиям, разные виды водных живых организмов имеют разные требования к величине кислотности воды, соответствующие условиям их обитания. В силу этого видовой состав обитателей водоемов зависит от величины pH воды. Например, кислые воды торфяников способствуют развитию сфагновых мхов, но в них совершенно нет двустворчатых моллюсков-перловиц. Чрезвычайно редки в них и другие виды двустворчатых моллюсков, что связано с отсутствием в воде извести. Диатомовые водоросли в зависимости от видовой принадлежности также приурочены к водам с определенной кислотностью. Так как остатки этих водорослей в многолетних донных отложениях хорошо поддаются идентификации до вида, изучение видового состава диатомей в этих отложениях позволяет реконструировать многолетние изменения pH водоема.

Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также называют содержанием растворимых твердых веществ или общим солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся именно в виде солей. К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли (в основном бикарбонаты, хлориды и сульфаты кальция, магния, калия и натрия) и небольшое количество органических веществ, растворимых в воде.

Очень часто общую минерализацию воды путают с сухим остатком. Сухой остаток определяется путем выпаривания литра воды и взвешивания того, что осталось. В результате не учитываются более летучие органические соединения, растворенные в воде. Это приводит к тому, что общая минерализация и сухой остаток могут отличаться на небольшую величину - как, правило, не более 10%.

В зависимости от минерализации природные воды можно разделить на следующие категории:

	Минерализация г/дм 3
Ультрапресные
Воды с относительно повышенной минерализацией Колебания солености в морских аквариумах всегда вызывают стресс у рыб и кораллов. Б. приходят, когда испарительная вода не пополняется автоматически или при изменении воды, добавленная морская вода имеет разную плотность. Часто измерение плотности делает ошибку, что считывается самый высокий уровень воды на ареометре, а не фактический уровень воды. Решающим значением для измерения является фактический уровень воды на ареометре. Эта ошибка чтения постоянно приводит к сдвигу плотности. Основные минералы Мёртвого моря – это Измерение плотности в морском аквариуме. В специализированных магазинах в дополнение к шпинделям часто предлагаются плоские пластиковые контейнеры с измерительным рычагом для измерения плотности. На мой взгляд, этот тип измерений на практике не доказан, так как часто образует воздушный пузырь на нижней стороне измерительного рычага. Соответствующая более сильная плавучесть измерительного рычага указывает на неправильное измеренное значение. Даже в сравнительных тестах, в которых этот возможный источник ошибки был исключен, точность измерений влагометров обеспечивала четкие показания.
Солоноватые
Воды повышенной солености

Уровень приемлемости общего солесодержания в воде сильно варьируется в зависимости от местных условий и сложившихся привычек. Обычно хорошим считается вкус воды при общем солесодержании до 600 мг/л. При величинах более 1000-1200 мг/л вода может вызвать нарекания у потребителей. Поэтому по органолептическим показаниям ВОЗ рекомендован верхний предел минерализации воды в 1000 мг/л.

Вопрос о воде с низким солесодержанием также открыт. Считается, что такая вода слишком пресная и безвкусная, хотя многие тысячи людей, употребляющих обратноосмотическую воду, отличающуюся очень низким солесодержанием, наоборот находят ее более приемлемой.

"Водная" тематика все чаще звучит в прессе, при этом часто приводятся рассуждения о достоинствах или недостатках воды с точки зрения снабжения организма минералами. В некоторых материалах, опубликованных в солидных изданиях, достаточно безапелляционно заявляется: "Как известно, с водой мы получаем до 25% суточной потребности химических веществ". Однако докопаться до первоисточников не удается. Попробуем поискать ответ на вопрос: "А сколько же может среднестатистический человек получить минеральных веществ из питьевой воды, отвечающей санитарным нормам?" В своих рассуждениях будем руководствоваться простым житейским здравым смыслом и знаниями в объеме средней школы. Результаты сведем в таблицу. Объясним содержимое ее колонок, а заодно и ход рассуждений.

Для начала необходимо определиться с несколькими исходными позициями:

1. Какие минеральные вещества и в каких количествах нужны человеку?

Вопрос о "минеральном составе" человека и, соответственно, потребностях его организма очень сложный. На бытовом уровне мы очень легко жонглируем (к сожалению и в массовой прессе тоже) терминами "полезные" элементы, "вредные" или "токсичные" элементы и т.п. Начнем с того, что сама постановка вопроса о вредности-полезности химических элементов относительна. Еще в древности было известно, что все дело в концентрациях. То, что полезно в минимальных количествах, может оказаться сильнейшим ядом в больших. Перечень основных (жизненно важных) макроэлементов и нескольких микроэлементов из Популярной медицинской энциклопедии приведен в 1-м столбце.

В качестве норм суточной потребности (2-й столбец) также использованы данные из Популярной медицинской энциклопедии. Причем, за базовое взято минимальное значение для взрослого мужчины (для подростков и женщин, особенно кормящих матерей, эти нормы зачастую больше).

2. Каков минеральный состав "средней" воды?

Понятно, что никакой "средней" воды нет и быть не может. В качестве таковой предлагается использовать гипотетическую воду, то есть, в качестве потребляемой принимается «некая» вода, в которой содержание основных макро- и микроэлементов равно максимально допустимому с точки зрения безопасности для здоровья - 3-й столбец таблицы.

В 4-м столбце таблицы рассчитывается, сколько воды надо употребить, чтобы набрать суточную норму по каждому элементу. Огромным допущением здесь является то, что при расчетах усвояемость минералов из воды принимается за 100%, что далеко не соответствует действительности.

3. Каково суточное потребление воды среднестатистическим человеком?

В сутки непосредственно в виде жидкости (питья и жидкой пищи) человек употребляет в среднем 1,2 л воды. Разделив эту цифру на соответствующую из 4-го столбца, вычисляется процент поступления с водой каждого элемента, который теоретически (с учетом всех вышеперечисленных допущений) может получить в сутки среднестатистический человек (5-й столбец).

Для сравнения в 6-м столбце приведен мини-список пищевых источников поступления в организм тех же элементов. Перечень из нескольких продуктов использован для того, чтобы проиллюстрировать тот факт, что организм получает тот или иной макро- или микроэлемент не за счет одного продукта, а, как правило, понемногу из разных.

В 7-м столбце приведено количество того или иного продукта в граммах, употребление которого даст организму в сутки (с таким же допущением 100% усвояемости, что и для воды) то же количество соответствующего макро- или микроэлемента, что и гипотетическая питьевая вода.

Элемент	Суточная потребность	ПДК в воде	Требуемое количество воды для получения 100% нормы	Теоретически возможный % получения мин. Веществ из воды	Альтерна-тивный источник	Кол-во продукта, обеспечи-вающее получение макро- и микро-элементов, равное поступающему с водой
					Сыр твердый Брынза Петрушка Творог Курага Фасоль Молоко	12 г 24 г 49г 75 г 75 г 80 г 667 г
Фосфор (фосфаты)					Грибы (сушеные) Фасоль Сыр твердый Овсяная крупа Печень Рыба Говядина Хлеб (ржаной)	24 г 36 г 29 г 41 г 45 г 58 г 77 г 91 г
					Арбуз Орехи Гречневая крупа Овсяная крупа Горох Кукуруза Хлеб пшен.2 сорт Сыр (твердый)	27 г 30 г 30 г 52 г 56 г 56 г 68 г 120 г
					Курага Фасоль Морская капуста Горох Арахис Картофель Редька Помидоры Свекла Яблоко	0,86 г 1,31 г 1,44 г 1,66 г 1,87 г 2,53 г 4,03 г 4,97 г 5,00 г 5,18 г
					Соль пищевая Сыр мягкий Брынза овечья Капуста кваш. Огурец сол. Хлеб ржаной Креветки Морская капуста Камбала	0,6 г 13 г 15 г 26 г 27 г 39 г 45 г 46 г 120 г
Хлор (хлориды)					Соль пищевая Хлеб ржаной Хлеб пшеничный Рыба Яйцо куриное Молоко Печень говяжья Простокваша Овсяная крупа	0,5 г 31 г 36 г 182 г 192 г 273 г 300 г 306 г 375 г
					Печень говяжья Свинина Яйцо куриное Баранина Горох Фасоль Грецкий орех Гречка Хлеб Молоко коровье	42 г 45 г 57 г 61 г 53 г 63 г 100 г 114 г 170 г 345 г
					Белый гриб суш. Печень свиная Горох Гречка Фасоль Язык говяжий Шпинат Айва Абрикос Петрушка	1,1 г 1,8 г 5,3 г 5,4 г 6,1 г 8,8 г 10,3 г 12 г 18 г 19 г
					Скумбрия Минтай Орех грецкий Рыба морская	129 г 258 г 263 г 419 г
					Печень говяжья Печень свиная Горох Гречка Фасоль Геркулес Баранина Хлеб ржаной	32 г 40 г 160 г 187 г 251 г 266 г 504 г 546 г
					Морская капуста Печень трески Хек Минтай Путассу, треска Креветки Морская рыба Сердце говяжье	9 г 11 г 56 г 60 г 66 г 81 г 178 г 296 г

Из полученных данных отчетливо видно, что только 2 микроэлемента – фтор и йод мы теоретически можем получить из питьевой воды в достаточном количестве.

Разумеется, приведенные данные ни в коей мере не могут служить рекомендациями по питанию. Этим занимается целая наука диетология. Данная таблица призвана только проиллюстрировать тот факт, что получить все необходимые для организма макро- и микроэлементы гораздо проще и самое главное реальнее из пищи, чем из воды.

Удаление из воды минеральных солей

Процесс, используемый для удаления из воды всех минеральных веществ, называют деминерализацией.

Деминерализацию, проводимую с помощью ионного обмена называют деионизацией. В ходе этого процесса вода обрабатывается в двух слоях ионообменного материала для того, чтобы удаление всех растворенных солей было более эффективным. Используется одновременно или последовательно катионообменная смола, «заряженная» ионами водорода H + , и анионообменная смола, «заряженная» ионами гидроксила ОH - . Поскольку все соли, растворимые в воде, состоят из катионов и анионов, смесь катионообменной и анионообменной смолы полностью заменяет их в очищаемой воде на ионы водорода H + , и гидроксила ОH -. Затем в результате химической реакции эти ионы (положительные и отрицательные) объединяются и создают молекулы воды. Фактически происходит полное обессоливание воды.

Деионизированная вода имеет широкий спектр применения в промышленности. Она используется в химической и фармацевтической отраслях, при производстве телевизионных электронно-лучевых трубок, при промышленной обработке кож и во многих других случаях.

Дистилляция основана на выпаривании обрабатываемой воды с последующей концентрацией пара. Технология является очень энергоемкой, кроме того, в процессе работы дистиллятора на стенках испарителя образуется накипь.

Электродиализ основан на способности ионов перемещаться в объеме воды под действием напряженности электрического поля. Ионоселективные мембраны пропускают через себя либо катионы, либо анионы. В объеме, ограниченном ионообменными мембранами, происходит снижение концентрации солей.

Обратный осмос представляет собой очень важный процесс, являющийся составной частью высокопрофессиональной очистки воды. Первоначально обратный осмос был предложен для опреснения морской воды. Вместе с фильтрацией и ионным обменом обратный осмос значительно расширяет возможности очистки воды.

Принцип его необычайно прост – вода продавливается через полупроницаемую тонкопленочную мембрану. Через мельчайшие поры, имеющие размеры, сопоставимые с размерами молекулы воды, способны просочиться под давлением только молекулы воды и низкомолекулярные газы – кислород, углекислый газ, а все примеси, остающиеся по другую сторону мембраны, сливаются в дренаж.

По эффективности очистки мембранные системы не имеют себе равных: она достигает практически 97-99,9% по любому из видов загрязнений. В результате получается вода, по всем характеристикам напоминающая дистиллированную или сильно обессоленную воду.

Проводить глубокую очистку на мембране можно только с водой, прошедшей предварительную комплексную очистку. Удаление песка, ржавчины и прочих нерастворимых взвесей производится механическим картриджем с ячейками до 5 микрон. Картридж на основе высококачественного гранулированного кокосового угля сорбирует растворенные в воде соединения железа, алюминия, тяжелых и радиоактивных металлов, свободный хлор и микроорганизмы. Очень важна последняя стадия предварительного этапа, где происходит окончательная очистка от мельчайших доз хлора и хлорорганических соединений, разрушительно воздействующих на материал мембраны. Она производится картриджем из прессованного кокосового угля.

После комплексной предварительной очистки вода подается на мембрану, после прохождения которой получается питьевая вода самого высокого класса очистки. А чтобы убрать из нее растворенные газы, придающие неприятный запах и привкус, воду на заключительном этапе пропускают через высококачественный прессованный активированный уголь с добавкой серебра. То обстоятельство, что в воде после очистки в мембранной системе почти полностью отсутствуют минеральные соли, уже не один год вызывает оживленные дискуссии. Хотя необходимое для организма количество макро- и микроэлементов гораздо эффективнее получать через пищу (см. выше), но многие настолько привыкли к вкусу, который придают воде минеральные соли, что при их отсутствии вода кажется безвкусной и «неживой». Однако полностью удалить вредные примеси, сохранив минеральные вещества в полезных концентрациях, оказывается настолько сложно и дорого, что обычно воду сначала максимально очищают, а потом вносят добавки, если это необходимо.

Домашние установки обратного осмоса обычно укомплектовываются накопительными баками для очищенной воды, так как скорость фильтрации воды через мембрану невелика. Накопительный бак, как правило, общей емкостью 12 л, представляет из себя гидроаккумулятор, разделенный внутри эластичной силиконовой перегородкой. С одной стороны перегородка контактирует с очищенной водой, а с другой накачан воздух под давлением 0,5 атм. Такой бак способен накопить в себе не более 6-8 л очищенной воды. Обычно для этого требуется от 2 до 6 часов. Для обеспечения работоспособности системы при недостаточном давлении в магистрали (менее 2,5 - 2,8 атм) устанавливается повышающий насос.

Следует отметить, что если исходная вода очень жесткая, содержит избыточное количество механических или растворенных примесей, то перед системой обратного осмоса рекомендуется установка дополнительных систем водоподготовки (обезжелезиватель, умягчитель, системы обеззараживания, механической очистки и т. п.).

Теоретически, мембраны удаляют почти все известные нам микроорганизмы, в том числе и вирусы, однако, при использовании в быту в системах питьевой воды, мембраны не могут обеспечить полную защиту от микроорганизмов. Потенциальные нарушения герметичности прокладок, производственные дефекты могут позволить некоторым микроорганизмам проникнуть в очищенную воду. Именно поэтому небольшие домашние системы обратного осмоса не должны использоваться в качестве основного средства для устранения биологического загрязнения.

Очень важно понимать, что процесс обратного осмоса идет только при давлении воды в системе не менее 2,5-2,8 атм. Дело в том, что на полупроницаемой мембране со стороны очищенной (обессоленной) воды всегда имеется избыточное осмотическое давление, которое препятствует процессу фильтрации. Именно это давление и необходимо преодолеть.

ЖЕЛЕЗО (Fe)

Как правило, железо присутствует в естественных водах в различных формах:

1. двухвалентные ионы железа, растворимые в воде (Fe 2+);

2. трехвалентные ионы железа, растворимые только в очень кислой воде (Fe 3+);

3. нерастворимая гидроокись трехвалентного железа ;

4. окись трехвалентного железа (Fe 2 O 3), присутствующая в виде частиц ржавчины из труб;

5. в комбинации с органическими соединениями или железными бактериями. Железные бактерии часто живут в воде, содержащей железо. По мере размножения, эти бактерии могут образовывать красно-коричневые наросты, которые могут забивать трубы и снижать напор воды. Разлагающаяся масса этих железных бактерий может быть причиной неприятного запаха и вкуса воды, а также появления пятен.

Железо редко находят в наземных водоемах. При попадании на поверхность вода, содержащая растворенное железо, является обычно чистой и бесцветной, с ярко выраженным вкусом железа. Под воздействием воздуха вода приобретает некую молочную дымку, которая вскоре окрашивается в рыжий цвет (появляется осадок гидроокиси железа). Такая вода оставляет следы практически на всем. Даже при содержании железа в воде 0.3 мг/л она оставляет ржавые пятна на любой поверхности.

Присутствие железа в воде крайне нежелательно. Избыточное железо накапливается в организме человека и разрушает печень, иммунную систему, увеличивает риск инфаркта.

Удовлетворительным способом удаления небольших количеств растворенного железа из воды считается использование ионообменных умягчителей. Нельзя сразу сказать, сколько железа можно удалить. Ответ на этот вопрос в каждом отдельном случае зависит от конструкции устройства, а также от других конкретных условий. Железо, присутствующее в воде в нерастворенной форме, умягчителями не убирается, более того, оно их портит. Поэтому в случае использования умягчителей для удаления растворенного железа, например, из скважины, ни в коем случае нельзя допустить контакта скважинной воды с воздухом.

Самым эффективным способом удаления средних концентраций железа может быть использование окисляющих фильтров. Такой фильтр должен устанавливаться на водопроводную трубу перед устройством для смягчения воды. Окисляющие фильтры обычно содержат фильтрующее вещество, покрытое двуокисью марганца (MnO 2). Это может быть обработанный марганцем глауконитовый песок, синтетический материал из марганца, натуральная марганцевая руда и другие схожие материалы. Окись марганца превращает растворимые ионы двухвалентного железа, содержащиеся в воде, в трехвалентное железо. Кроме того, соединения марганца являются мощным катализатором процесса окисления двухвалентного железа кислородом, растворенным в воде. Поскольку в подземной воде кислорода очень мало, для более эффективного процесса окисления, воду перед фильтром-обезжелезивателем, насыщают кислородом (воздухом). По мере формирования нерастворимой гидроокиси трехвалентного железа, она отфильтровывается из воды гранулированным материалом, находящимся в фильтре.

В случае высоких концентраций железа, для добавления в воду химических окислителей, таких, как гипохлорит натрия (бытовой отбеливатель «Белизна») или раствор марганцовокислого калия, могут использоваться маленькие насосы, эжекторы и другие устройства. Так же, как и двуокись марганца в фильтрах для железа, эти химические окислители превращают растворенное двухвалентное железо в нерастворимое трехвалентное.

МАРГАНЕЦ (Mn)

Марганец обычно обнаруживают в железосодержащей воде. Химически, его можно считать родственным железу, т.к. он встречается в таких же соединениях. Марганец чаще присутствует в воде в виде бикарбоната или гидроокиси, гораздо реже он содержится в виде сульфата марганца. Соприкасаясь с чем-либо, марганец оставляет темно-коричневые или черные следы даже при минимальных концентрациях в воде. Отстой марганца появляется при проведении слесарно-водопроводных работ, в результате чего вода часто оставляет черный осадок, становится мутной. Избыток марганца опасен: его накопление в организме может привести к тяжелейшему заболеванию - болезни Паркинсона.

Для решения проблемы удаления марганца подходят те же самые методы, что и для железа.

Обратный осмос - метод, с помощью которого можно снизить концентрацию фтора в воде в домашних условиях.

НАТРИЙ (Na)

Соли натрия присутствуют во всей природной воде. Они не образуют ни накипи при кипячении, ни творожистого осадка в смеси с мылом. Их высокие концентрации усиливают коррозийное действие воды и могут придавать ей неприятный вкус. Большие количества ионов натрия мешают работе ионообменных устройств для смягчения воды. Там, где вода - очень жесткая и содержит много натрия, в смягченной воде может оставаться много ионов, обусловливающих жесткость.

Эффективным методом удаления натрия из воды в домашних условиях является обратный осмос.

НИТРАТЫ (NO 3 -)

Как правило, почва содержит небольшое количество природных нитратов. Наличие нитратов в воде свидетельствует о том, что она загрязнена органическими веществами. В основном, вода, загрязненная нитратами, встречается в неглубоких скважинах и колодцах, но иногда такая вода бывает и в глубоких скважинах. Даже такая низкая концентрация нитратов, как 10-20 мг/л, может вызывать серьезные заболевания у детей, известны случаи летальных исходов.

Нитраты могут быть удалены из воды с помощью обратного осмоса.

ХЛОРИДЫ И СУЛЬФАТЫ (Cl - , SO4 2-)

Почти вся природная вода содержит ионы хлоридов и сульфатов. Низкие и умеренные концентрации этих ионов придают воде приятный вкус, и их присутствие желательно. Избыточные же концентрации могут сделать воду неприятной для питья. Как хлориды, так и сульфаты вносят свой вклад в общее содержание в воде минеральных веществ. Общая концентрация этих веществ может оказывать самое разное действие - от придания воде повышенной жесткости до электрохимической коррозии. Вода, содержащая сульфатов более, чем 250 мг/л, приобретает ярко выраженный “медицинский привкус”. В избыточной концентрации, сульфаты могут также действовать как слабительное.

Воду можно очищать от хлоридов и сульфатов с помощью обратного осмоса.

СЕРОВОДОРОД (H 2 S)

Сероводород - это газ, который иногда содержится в воде. Присутствие этого газа легко определить по отвратительному запаху “тухлых яиц”, который появляется уже при низких его концентрациях (0.5 мг/л).

Существует несколько способов удаления из воды сероводорода. Большинство из них сводится к окислению и превращению газа в чистую серу. Потом, этот нерастворимый порошок желтого цвета удаляется фильтрованием. Для удаления очень низких концентраций сероводорода вполне достаточно фильтра с активированным углем. При этом, уголь просто адсорбирует газ на свою поверхность.

ФЕНОЛ (С 6 Н 5 ОН)

Одним из наиболее опасных типов промышленных отходов является фенол. В хлорированной воде фенол вступает в химические реакции с хлором и создает обладающие неприятным “медицинским” привкусом и запахом хлорфенольные соединения. При этом неприятный запах появляется при концентрациях фенола равных одной части на миллиард. Фенол и хлорфенольные соединения удаляются пропусканием воды сквозь активированный уголь.

Установлено, что основной радиационный фон на нашей планете (по крайней мере, пока) создается за счет естественных источников излучения. По данным ученых, доля естественных источников радиации в суммарной дозе, накапливаемой среднестатистическим человеком на протяжении всей жизни, составляет 87%. Оставшиеся 13% приходятся на источники, созданные человеком. Из них 11.5% (или почти 88.5% "искусственной" составляющей дозы облучения) формируется за счет использования радиоизотопов в медицинской практике. И только оставшиеся 1.5% являются результатом последствий ядерных взрывов, выбросов с атомных электростанций, утечек из хранилищ ядерных отходов и т.п.

Среди естественных источников радиации "пальму первенства" уверенно держит радон, обуславливающий до 32% общей радиационной дозы.

Радон - это радиоактивный природный газ, абсолютно прозрачный, не имеющий ни вкуса, ни запаха, намного тяжелее воздуха. Образуется в недрах Земли в результате распада урана, который, хоть и в незначительных количествах, но входит в состав практически всех видов грунтов и горных пород. Особенно велико содержание урана (до 2 мг/л) в гранитных породах.

Соответственно в районах, где преимущественным породообразующим элементом является гранит, можно ожидать и повышенное содержание радона. Он не обнаруживается стандартными методами. При наличии обоснованного подозрения на наличие радона, необходимо использовать для измерений специальное оборудование. Радон постепенно просачивается из недр на поверхность, где сразу рассеивается в воздухе, в результате чего его концентрация остается ничтожной и не представляет опасности. Проблемы возникают в случае, если отсутствует достаточный воздухообмен, например, в домах и других помещениях. В этом случае содержание радона в замкнутом помещении может достичь опасных концентраций. Радон попадает в организм человека при дыхании и может вызвать пагубные для здоровья последствия. По данным Службы Общественного Здоровья США, радон - вторая по серьезности причина возникновения у людей рака легких после курения.

Радон очень хорошо растворяется в воде, и при контакте подземных вод с радоном они очень быстро им насыщаются. В случае, когда для снабжения дома водой используются скважины, радон попадает в дом с водой. Растворенный в воде радон действует двояко. С одной стороны, он вместе с водой попадает в пищеварительную систему. С другой стороны, когда вода вытекает из крана, радон выделяется из нее и может скапливаться в значительных количествах в кухнях и ванных комнатах. Концентрация радона в кухне или ванной комнате может в 30-40 раз превышать его уровень в других помещениях, например, в жилых комнатах. Ингаляционный способ воздействия радона считается более опасным для здоровья.

Мерой радиоактивности является активность радионуклида в источнике. Активность равна отношению числа самопроизвольных ядерных превращений в этом источнике за малый интервал времени к величине этого интервала. В системе СИ измеряется в Беккерелях (Бк, Bq), что соответствует 1 распаду в секунду. Содержание активности в веществе часто оценивают на единицу веса вещества (Бк/кг) или его объема (Бк/л, Бк/куб.м).

В Новосибирске уровень содержания радона в скважинных водах колеблется от 10 до 100 Бк/л, в отдельных районах (Нижняя Ельцовка, Академгородок и др.) доходя до нескольких сотен Бк/л. В российских Нормах Радиационной Безопасности (НРБ-99) предельный уровень содержания радона в воде, при котором уже требуется вмешательство, установлен на уровне 60 Бк/л (американские нормативы гораздо жестче – 11 Бк/л).

Один из наиболее результативных методов борьбы с радоном - аэрирование воды ("пробулькивание" воды пузырьками воздуха, при котором практически весь радон в прямом смысле "улетает на ветер"). Поэтому тем, кто пользуется муниципальной водой беспокоиться практически не о чем, так как аэрирование входит в стандартную процедуру водоподготовки на городских водоочистных станциях. Что же касается индивидуальных пользователей скважинной воды, то исследования, проведенные в США, показали достаточно высокую эффективность активированного угля. Фильтр на основе качественного активированного угля способен удалить до 99.7% радона. Правда со временем этот показатель падает до 79%. Использование же перед угольным фильтром умягчителя позволяет повысить последний показатель до 85%.

информация взята из сайта http://aquafreshsystems.ru/index.htm