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.