Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

INFLUENCE OF NATURAL MINERAL SHUNGITE ON SOME PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF WATER

Martsev A.A. 1 Podolec A.A. 1
1 Vladimir State University named after A.G. and N.G. Stoletov
2503 KB
The article presents the results of investigation of rubble shungit on such indicators of water as pH, total salinity, conductivity, the content of cations (NH4+, K+, Na+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ca2+) and anions (Cl-, SO42-, NO3-, F-, SO32-). The addition of crushed rock shungite in a container of tap water fairly substantial, compared with the process of sedimentation, the pH value of water increases. At the same time there is a decrease in water total mineralization (leading to a decrease in the electrical conductivity). This fact is probably due to a release of schungite water coagulants, or its sorption properties. Showed significant reduction in the concentration of Ca2+, other cations by significant changes in their concentration is not occurred. With regard to anions, by Cl-, NO3- SO42- and an increase of their concentrations. A significant decrease occurred at SO32- that the same effect on Ca2+ can be used to reduce water hardness.
water
shungite
pH
cations
anions

Проблема качества питьевой воды затрагивает очень многие стороны жизни человеческого общества в течение всей истории его существования. Большинство примесей в водопроводной воде довольно безвредны и никаких шлаков в организме не оставляют, но любые примеси радикально ухудшают вкус воды и чрезвычайно мешают на ней готовить, поэтому улучшение качества воды становится не прихотью, а необходимостью. Вода, используемая для питьевых целей, в каждом регионе мира имеет свои химические особенности, обусловленные природными факторами данной географической зоны, так называемыми геохимическими аномалиями – избытком или недостатком того или иного химического элемента в воде и почве [3]. Для Центрального региона России одной из таких особенностей химического состава природной воды, используемой для питьевых целей, является повышенная общая жесткость.

Качество воды источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в городах и муниципальных районах Владимирской области, по ежегодным докладам администрации, различается как по микробиологическим, так и по санитарно-химическим показателям. Основную долю несоответствующих гигиеническим нормативам проб по микробиологическим показателям вносят поверхностные источники. Процент нестандартных проб по микробиологическим показателям в поверхностных источниках водоснабжения держится на высоком уровне – 89,4 %, что связано с высокой антропогенной нагрузкой на данные территории. Что касается содержания тяжелых металлов в питьевой воде, то следует отметить постоянное превышение норм по железу и марганцу. Это превышение обусловлено тем, что для водных объектов Владимирской области характерно присутствие ионов железа и марганца природного происхождения [4].

В настоящее время проводятся исследования, направленные на использование щебня шунгита не только в целях очистки воды [8, 10], но и в сельском хозяйстве [2, 9], микробиологии [5, 6, 7] и даже в технологическом производстве [1].

Таким образом, всестороннее изучение свойств данного природного материала весьма актуально. Целью же нашего исследования является изучение влияния природного минерала шунгита на физико-химические показатели воды.

Материалы и методы исследования

В колбы с водопроводной водой (500 мл) был помещен щебень шунгита (15 г). В контроле была водопроводная вода (500 мл). В первый же день были сделаны пробы на физико-химические свойства водопроводной воды. Эксперимент длился 11 суток, в течение которых определялись свойства воды с шунгитом и контроля на 1, 4, 7 и 11 сутки. Опыт был поставлен в двух повторностях. С помощью pH-метра HI 83141 (N) фирмы «HANNA» определяли водородный показатель. С помощью микропроцессорного портативного кондуктометра-солемера HI 9835 фирмы «HANNA» определяли общую минерализацию, электропроводность и процентное содержание NaCl. Количественное содержание катионов (NH4+, K+, Na+, Mg2+, Sr2+, Ba2+, Ca2+) и анионов (Cl, SO42−, NO3, F, СО32−) определяли с помощью системы капиллярного электрофореза «Капель-104Т» по следующим методикам:

● ПНД Ф 14.1:2:4.167-2000 (для определения катионов);

● ПНД Ф 14.1:2:4.157-99 (для определения анионов).

Статистическую обработку проводили с помощью программы Statistica. Статистически значимую разницу между опытом и контролем определяли с помощью t-критерия для двух независимых выборок в программе Statistica.

Результаты исследования и их обсуждение

В результате проведенных экспериментов было установлено, что в течение 11 суток водородный показатель изменяется в сторону повышения как в опыте, так и в контроле (табл. 1). Уже на первые сутки опыта в контроле наблюдается статистически значимое (p = 0,000308) отличие показателя pH от аналогичного показателя в день забора. Между опытом и контролем статистически значимые отличия также есть уже на 1 сутки (p = 0,000459). Таким образом, оказалось, что процесс подщелачивания в опытных образцах происходит достоверно интенсивней.

Процесс отстаивания воды на показатель общей минерализации статистически достоверно не повлиял (между контролем в день забора и на 11 сутки p = 0,056544). В опытных же образцах, напротив, показатель общей минерализации на 11 сутки снизился на 23,35 % (на 11 сутки p = 0,002355), а статистически значимое отличие проявилось уже на 4 сутки (p = 0,013606). То же самое было обнаружено при анализе электропроводности, что вполне логично, т.к. эти два показателя находятся в тесной связи друг с другом. Можно предположить, что именно снижение показателя общей минерализации и привело к снижению электропроводности.

На основе полученных данных было выдвинуто предположение, что минерал шунгит, погруженный в емкости с водопроводной водой, либо выделяет коагулянты (что вполне вероятно, т.к. в процессе эксперимента в емкостях с шунгитом образовался осадок), либо проявляет себя как сорбент. Одновременно с помощью системы капиллярного электрофореза «Капель-104Т» нами был проанализирован катионно-анионный состав исследуемых образцов. Результаты представлены в табл. 2 и 3.

Отмечаем, что на 11 сутки в опытных образцах произошло существенное снижение концентрации ионов кальция (на 36 %), при том что в контроле тот же показатель снизился на 16,8 %. Стоит добавить, что статистически достоверное отличие в концентрациях Ca2+ между днем забора и контролем и опытом произошло на 11 и 7 сутки соответственно. Что касается динамики концентраций других катионов, то существенных изменений не произошло.

Таблица 1

Физико-химические показатели опытных растворов

pH

День забора

1 сутки

4 сутки

7 сутки

11 сутки

контроль

7,725

8,01

8,32

8,47

8,39

опыт

7,725

8,3

8,525

8,51

8,55

Общая минерализация (мг/л)

День забора

1 сутки

4 сутки

7 сутки

11 сутки

контроль

197

197

196

197

188

опыт

197

189,5

173

160,5

151

Электропроводность (µs)

День забора

1 сутки

4 сутки

7 сутки

11 сутки

контроль

393,5

393

392,5

393

378

опыт

393,5

378,5

350,5

321,5

302,5

Таблица 2

Содержание катионов в опытных растворах (мг/л)

 

День забора

1 сутки

4 сутки

7 сутки

11 сутки

   

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

NH4+

0,16

0

0,05

0,13

0

0

0

0,04

0,029

K+

2,33

1,18

1,17

1,29

1,17

1,39

1,14

2,79

1,96

Na+

10,21

9,05

9,65

9,13

9,02

9,95

9,83

9,93

9,22

Mg2+

16,69

16,79

18,035

18,05

17,53

17,9

17,16

18,13

17,37

Sr2+

0,66

0,07

0,18

0,28

0,39

0,27

0,19

0,55

0,62

Ba2+

0,14

0,13

0,16

0,16

0,17

0,15

0,15

0,14

0,13

Ca2+

57,58

53,62

59,23

61,67

54,12

59,42

43,59

47,9

36,84

Таблица 3

Содержание анионов в опытных растворах (мг/л)

 

День забора

1 сутки

4 сутки

7 сутки

11 сутки

   

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

Контр.

Опыт

Cl

12,17

12,73

13,3

13,92

13,17

13,83

13,16

15,35

14,12

SO42−

15,02

16,05

17,04

17,76

18,13

18,12

18,85

19,97

21,34

NO3

0,58

0,59

0,61

0,71

0,70

0,64

0,91

0,68

1,14

F

0,24

0,25

0,13

0,19

0,22

0,01

0,15

0,12

0,20

СО32−

180

166,6

165,75

172,6

157,3

147,2

116,9

159,8

129

Существенные изменения в контроле и опыте по сравнению с днем забора воды произошли в концентрациях следующих анионов: конц. Cl увеличилась существенней (р = 0,007215) в контроле (20,8 % против 16 % в опыте); конц. NO3 увеличилась статистически достоверно (р = 0,002894) в опыте (96,5 % против 17,2 % в контроле); конц. СО32− значительней (р = 0,014965) снизилась в опыте (28,3 % против 11,2 % в контроле).

Заключение

В результате проведенного эксперимента было установлено, что при добавлении в водопроводную воду щебня шунгита статистически достоверно ускоряется процесс подщелачивания. Одновременно происходит снижение общей минерализации воды, обусловленное либо выделением шунгитом в воду коагулянтов, либо сорбционным действием шунгита по отношению к ионам Ca2+ и СО32−. Также установлено, что присутствие щебня шунгита незначительно усиливает либо замедляет действие процесса отстаивания воды по ряду ионов.