A COMPARATIVE ANALYSIS OF DRINKING WATER IN THE CITY OF KOKSHETAU, AKMOLA REGION

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ Г. КОКШЕТАУ АКМОЛИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Научная статья

Токтабаева З.К.^1, *, Сергазина С.М.², Нурмуханбетова Н.Н.³, Фахруденова И.Б.⁴

^{1, 2, 3, 4} Кокшетауский университет им. Ш.Уалиханова, Кокшетау, Республика Казахстан

* Корреспондирующий автор (zarina_0599[at]mail.ru)

Аннотация

Минеральные воды являются природными подземными водами формирующиеся в толще земной коры с определенными геолого - структурными, геотермическими, гидрогеологическими и геохимическими условиями, которые определяют закономерности их пространственной локализации, газовый, ионно-солевой и микроэлементный состав, температуру и другие показатели. В ходе работы были рассмотрены вопросы изучения химического состава вод из водных источников расположенных на территории г. Кокшетау и используемых при производстве минеральных вод таких как, «Кулагер-Арасан», «Свежесть», «Туран». Определено содержание хлорид-ионов, сульфат-ионов, катионов магния, кальция, натрия, гидрокарбонатов. Проведен сравнительный анализ на содержание химических веществ и органолептических характеристик.

Ключевые слова: органолептика, обеззараживание, сульфаты, хлориды, химический анализ, концентрация, классификация воды.

A COMPARATIVE ANALYSIS OF DRINKING WATER IN THE CITY OF KOKSHETAU, AKMOLA REGION

Research article

Toktabaeva Z.K.^1, *, Sergazina S.M.², Nurmukhanbetova N.N.³, Fakhrudenova I.B.⁴

^{1, 2, 3, 4} Kokshetau University named after Sh. Ualikhanov, Kokshetau, Republic of Kazakhstan

* Corresponding author (zarina_0599[at]mail.ru)

Abstract

Mineral waters are natural groundwater formed in the thickness of the Earth's crust with certain geological, structural, geothermal, hydrogeological and geochemical conditions that determine the patterns of their spatial localization, gas, ion-salt and trace element composition, temperature and other indicators. In the course of the study, the authors examine the issues of studying the chemical composition of waters from water sources located on the territory of Kokshetau and used in the production of mineral waters such as "Kulager-Arasan", "Svezhest", "Turan". The study determines the content of chloride ions, sulfate ions, magnesium cations, calcium, sodium, and bicarbonates and conducts a comparative analysis of the content of chemicals and organoleptic characteristics.

Keywords: organoleptics, disinfection, sulfates, chlorides, chemical analysis, concentration, classification of water.

Введение

В настоящее время большое внимание уделяется вопросам изучения воды, т.к. объём потребляемой воды на душу населения увеличивается изо дня в день. Ежегодный расход воды на земном шаре по всем видам водоснабжения составляет 3300-3500 км³. Еще академик В.И. Вернадский говорил: «Вода без жизни в биосфере не известна». Но, к сожалению ее уже не хватает во многих частях мира. Как утверждают эксперты, примерно одна пятая человечества не имеет доступа к чистой питьевой воде, а одна четвертая обходится без воды для бытовых нужд. По данным Всемирной организации здравоохранения более 80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды. То, что течет из водопроводного крана, питьевой водой может быть названо только в исключительно редких случаях [1].

По статистике человек, за всю свою жизнь потребляет и выделяет около 75-ти тонн воды. Всасывание в кровь питательных веществ и переваривание пищи осуществляется в жидкой среде. Желудочно–кишечный тракт вырабатывает 1500 мл слюны, 2550 мл желудочного сока, 700 мл сока поджелудочной железы, 3000 мл кишечного сока ежесуточно. Благодаря воде из человеческого организма выводятся вредные продукты метаболизма. Вода выполняет и механическую работу в теле человека, помогая облегчить скольжение трущихся поверхностей – суставов, связок, мышц и т.д. Известным фактом остается то, что без пищи человек может прожить примерно 2 месяца, а без воды не проживет и пяти дней. Когда человек теряет 2% воды, у него появляется чувство жажды, при потере 6-8% наступает полуобморочное состояние, при 10% - галлюцинации, нарушение процесса глотания. Потеря 10–20% воды опасно для жизни. Животные погибают при потере 20-25% воды. Доля воды образуется также и при распаде белков, жиров и углеводов. При окислении 101 грамма жира образуется108 г воды, при окислении 100 граммов углеводов - 55 г воды [2].

Многие ученые занимаются исследованиями структуры молекулы воды в различных ее состояниях. А поскольку вода - это, прежде всего, то, что мы пьем, то изучение ее свойств является актуальным вопросом. Обычно вода в природе всегда содержит растворенные соли, газы и органические вещества. Их состав и количество не являются постоянными. При концентрации соли до 1,1 г/кг вода пресная, до 26 г/кг – солоноватая, если больше, то соленая. В океане соленость воды колеблется в пределах 34 г/кг. Соленость морской воды не зависит от этих стандартов. Самые соленые воды наблюдаются в соленых озерах (до 301 г/кг) и в глубокозалегающих удаленных подземных водах (до 500 г/кг). Вода с концентрацией соли от 100 мг/кг до 1000 мг/кг считается пригодной для питья. Для кислотно-щелочного баланса при рН =6-8 оптимальным значением является концентрация 200 мг/кг. По химическому составу можно выделить три основных типа минеральных вод: гидрокарбонатные, хлоридные и сульфатные [3].

Целью нашей работы было исследование питьевых источников г. Кокшетау, используемых при производстве минеральных вод «Кулагер-Арасан», «Свежесть», «Туран», на определение содержания химических веществ и проведение сравнительного анализа.

В качестве объектов исследования были выбраны следующие воды:

- со скважины №5492-Э, которая используется при производстве минеральной воды «Кулагер-Арасан»;

- со скважины №1943 («Кенетколь») - при производстве воды «Туран»;

-артезианская скважина – при производстве воды «Свежесть».

Здесь необходимо отметить, что данные воды являются продукцией АО «Кокшетауминводы», которая функционирует на территории г. Кокшетау. Это предприятие основано 1991 году. Одним из главных направлений в работе предприятия является изучение и эксплуатация гидроминеральных ресурсов северных регионов Казахстана.

Методика проведения исследования

Для оценки химического состава воды были использованы стандартные методики с применением титриметрических, гравиметрических, фотоколориметрических и сравнительных методов анализа.

Для определения сухого остатка использовали гравиметрический и расчетный методы. Сухой остаток воды - это то, что остается после испарения воды. В принципе, это те минералы, которые находятся в воде.

Минералы, содержащиеся в воде, необходимы для биохимических реакций в нашем организме. Минералы вызывают активные реакции в нашем организме. Без минералов мы мертвы. Но вода без минералов также является мертвой водой. Рыба умирает в дистиллированной воде. Другими словами, в воде без минералов все живое умирает [4].

Слабоминерализованная вода неприятна на вкус, длительное её употребление может привести к нарушению водно-солевого обмена, например, уменьшение содержания хлоридов в тканях. Такая вода, как правило, содержит мало микроэлементов.

Во время гравиметрического определения сухого остатка основную часть пробы выпаривали объемом 250-500 мл. Затем оставшуюся часть образца высушивали во взвешенном состоянии, доводили до чашки постоянной массы в сушильном шкафу при стандартных условиях в два этапа. На первом этапе сушку проводили при температуре 103-105°С в течение 1-2 часов. На втором этапе сушку проводили при температуре 178-182°С также в течение 1-2 часов. В этих условиях кристаллогидраты разлагаются, органические вещества и некоторые соли испаряются и разлагаются более полно.

Концентрация ионов жесткости воды в пробе воды выражается как концентрация карбоната кальция. Временная твердость - это та часть общей твердости, которая исчезает при кипячении. Хотя использование ионоселективных электродов не принято в качестве стандартного метода, оно позволяет быстро измерять жесткость воды и может быть использовано для определения изменений жесткости. Прямой потенциометрический метод не рекомендуется для ионоселективного электрода, но рекомендуется косвенный потенциометрический метод, включающий титрование этилендиаминтетрауксусной кислоты. Используемый ионоселективный электрод представляет собой жидкий ионообменный электрод, который реагирует на двухвалентные ионы магния и кальция [7].

Воду с общей жесткостью до 3,5 мг-экв/л называют мягкой, 3,5-7 - средней жесткости, 7-10 - жесткой, свыше 10-ти - очень жесткой.

Метод определения жесткости воды основан на образовании прочного комплексного соединения трилона Б с ионами кальция и магния [5].

Цветность минеральной воды определялась по платино-кобальтовой шкале. На цвет воды из подземных источников влияют соединения железа, гораздо реже - гуминовые органические вещества. Согласно требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 для питьевой воды, цвет минеральной воды не должен быть выше 20.

Температура воды наземных источников обычно зависит от температуры окружающего воздуха, а также от его влажности, скорости направления, характера и течения движения воды и ряда других факторов. Температура воды из подземных источников всегда относительно постоянна и обычно составляет 80 °C. Оптимальной температурой воды для питья обычно считается 110 С.

Мутность воды является показателем того, насколько она прозрачна или мутна. Чем мутнее вода, тем выше ее мутность. Чтобы быть немного более научным, мутность измеряет ”относительную прозрачность» жидкости - или количество света, преломленного от материалов в образце жидкости. Чем больше света преломляется в образце воды, тем выше уровень мутности. Существует ряд материалов, которые могут вызывать помутнение, включая ил, неорганические и органические вещества, глину, водоросли и некоторые микроскопические организмы. По требованию СанПиН 2.1.4.559-96, мутность минеральной воды должна быть не выше 1,5 мг/л [8].

Вкус минеральной воды определяется наличием в воде растворенных ароматизирующих веществ. Он может быть соленым или горьким, сладким или кислым. Все природные минеральные воды обычно имеют соленый и горький вкус. Хлорид натрия придает воде соленый вкус, а сульфат магния - горький. Кислый вкус обычно придается содержанием большого количества растворенного углекислого газа. Минеральная вода иногда может иметь чернильный и железистый вкус. Он определяется солями железа или марганца. Терпкий вкус воде придает сульфат кальция. По требованию СанПиН 2.1.4.559-96, привкус воды должен быть всегда не больше 2 баллов. Содержание ионов кальция и магния определяли комплексонометрическим методом [6].

Соли кальция постоянно входят в состав подземных и поверхностных вод. Их содержание определяется геологическими условиями водоносных горизонтов. Содержание растворимых солей кальция в воде и изменение их концентрации зависят от природных условий, от равновесия углекислого газа и двуокиси углерода. В очень жестких водах, когда нарушается баланс углекислого газа и концентрация углекислого газа снижается, может выделяться карбонат кальция. При отборе проб таких вод необходимо брать отдельную пробу для определения кальция и нейтрализации его «щелочности» соляной кислотой. Комплексометрическое титрование позволяет определить не менее 1 мг/л кальция.

Для определения магния применяли двойное титрование раствором трилон Б. Первым титрованием находили содержание кальция, вторым - содержания магния. Весь израсходованный на титрование объем трилон Б соответствует жесткости воды. Этим методом определили магний в концентрациях от 1 до 60мг/л.

Органолептические показатели определяли по ГОСТу 23268.1-91. Оценивали прозрачность, цвет, вкус, запах, насыщенность диоксидом углерода. По органолептическим показателям минеральная вода должна соответствовать требованиям, представленным в таблице 1.

 

Таблица 1 – Органолептические показатели воды

Показатель	Характеристика
Внешний вид	Прозрачная жидкость, без посторонних включений, с незначительным естественным осадком минеральных солей
Цвет	Бесцветная жидкость или с оттенком от желтоватого до зеленоватого
Вкус и запах	Характерны для комплекса растворимых в воде компонентов

 

Прозрачность и цвет определяли визуально в проходящем дневном свете. Для определения вкуса минеральную воду в бутылках погружали в бак с водой и льдом и выдерживали 1 час при температуре 12±1°С.

Результаты и их обсуждение

По вышеописанной методике были проведены исследования вод, взятых их питьевых источников, используемых при производстве минеральной воды. В результате было определено в исследуемых водах содержание хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов, катионов кальция, магния, натрия, калия, фтора, йода, общая жесткость и минерализация. Результаты химического анализа исследуемых вод приведены в таблице 2. Изменение катионов кальция и магния в исследуемых видах воды приведены на диаграмме 1.

 

Таблица 2 – Результаты исследования химического состава воды

Показатели	Ед. измерения	Содержание основных ионов, не более
		скважина 5492-Э «Кулагер-Арасан»	скважина 1943 «Кенетколь» «Туран»	артезианская вода «Свежесть»
Общая минерализация (сухой остаток)	мг\дм3	1800-4000	180-260	400-650
Гидрокарбонаты	мг\дм3	150-300	90-150	130-155
Хлориды	мг\дм3	600-910	15-40	65-170
Сульфаты	мг\дм3	400-600	35-65	60-125
Кальций	мг\дм3	70-140	25-40	35-48
Магний	мг\дм3	85-135	5-15	15-30
Натрий+калий	мг\дм3	400-650	10-20	40-125
Фтор	мг\дм3	0,7-0,9	0,5-0,7	0,7-0,9
Йод	мг\дм3	50-200	-	0,05-0,2
Жесткость общая	мг\дм3	13,0-15,0	2,0-2,8	4,0-5,0

 

Рис. 1 – Изменение катионов кальция и магния в трех видах минеральной воды

 

Анализируя результаты, приведенные в таблице 2 все они в пределах допустимых, что соответствует СанПину по качеству питьевых вод. Наименьшее содержание всех показателей выявлено в водах со скважины 1943, что позволяет использовать данную воду для ежедневного употребления. Воду со скважины 5492-Э можно отнести к категории минерализованных вод. По содержанию показателей воды с артезианской скважины, данную воду можно отнести к категории лечебной. Как видно на диаграмме 1 содержание кальция и магния в исследуемых водах в пределах допустимых по СанПину: содержание кальция в пределах 35-48 мг\дм³, магния 15-30 мг\дм³.

Заключение

Минеральные воды являются природными подземными водами, формируются в толще земной коры с определенными геолого-структурными, геотермическими, гидрогеологическими и геохимическими условиями, которые определяют закономерности их пространственной локализации, газовый, ионно-солевой и микроэлементный состав, температуру и другие показатели.

Изучен химический состав трех источников вод, расположенных на территории г. Кокшетау и используемых в производстве минеральных и питьевых вод. Все полученные результаты в пределах допустимых по СанПину.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Сергазина С.М. Легкая вода в Казахстане. ФГБОУ ВО «Алтайский гос.тех.университет им. И.И. Ползунова» / С.М. Сергазина, Е.А. Пятов, Г.А. Лоскутова // Ползуновский вестник. №3. 2016. С.28-31.
2. Пятов Е.А. Производство бутилированной «легкой» питьевой воды природного происхождения в Казахстане / Е.А. Пятов, С.М. Сергазина, А. Алпысова // VIII Mеждународная конференция «Энергоэффективность и водосбережение в системах водоснабжения и водоотведения. Прогрессивные технологии, оборудование и материалы». SU ARNASY-Water Expo Central Azia. г.Астана. 2017. С-43-47.
3. СанПиН 3.01.067-97 Санитарные правила и нормы. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды, централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.
4. Пятов Е.А. Оценка изменения активности воды по отношению к железу при воздействии на нее монохроматическим красным поляризованным светом / Е.А. Пятов, Н.А. Белоконова, С.М. Сергазина и др. // Актуальные научные исследования в современном мире». г.Переяслав-Хмельницкий. Выпуск 8(40) ч. 3 2018.
5. Резников А.А. Сборник методов анализов/ Методы анализа природных вод / А.А. Резников, Е.П. Муликовская, Н.Ю. Соколов. М.,: Недра, 1990 г. С.427 .
6. УМИ СЭВ-83 Унифицированные методы исследования качества вод. Часть 1.Т.2. Методы анализа вод. СЭВ. М., 1983.
7. Суков М.А. Том в Американском колледже медицины лабораторных животных / Марк А. Суков, Карла А. Стивенс и Рональд П. Уилсон. 2012 г. С. 23
8. Water&Waste Digest. [Electronic resource]. URL: https://www.wwdmag.com/current-issue (accessed 12.11.2021)
9. ГОСТ 23268.0-91 Воды минеральные питьевые, лечебные, лечебно-столовые и природные столовые. Правила приемки и методы отбора проб.
10. Storch K. Quality standard for medical spas and medical wellness providers in Europe / Kurtvon Storch. SchweizerbartSciencePublishers, Stuttgart, 2012.-181 p.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Sergazina S.M. Legkaja voda v Kazahstane [Light Water in Kazakhstan]. / S.M. Sergazina, E.A. Pjatov, G.A. Loskutova // FGBOU VO «Altajskij gos.teh.universitet im. I. Polzunova». Polzunovskij vestnik [Polzunov Bulletin]. №3. 2016. pp. 28-31. [in Russian]
2. Pjatov E.A. Proizvodstvo butilirovannoj «legkoj» pit'evoj vody prirodnogo proishozhdenija v Kazahstane. VIII Mezhdunarodnaja konferencija «Jenergojeffektivnost' i vodosberezhenie v sistemah vodosnabzhenija i vodootvedenija. Progressivnye tehnologii, oborudovanie i materialy». [Production of Bottled “Light” Drinking Water of Natural Origin in Kazakhstan. VIII International Conference “Energy Efficiency and Water Conservation in Water Supply and Sanitation Systems. Advanced Technologies, Equipment and Materials”.] SU ARNASY-Water Expo Central Azia. g.Astana. 2017. pp. 43-47. [in Russian]
3. SanPiN 3.01.067-97 Sanitarnye pravila i normy. Pit'evaja voda. Gigienicheskie trebovanija k kachestvu vody, centralizovannyh sistem pit'evogo vodosnabzhenija. Kontrol' kachestva. [SanPiN 3.01.067-97 Sanitary Rules and Regulations. Drinking Water. Hygienic Requirements for Water Quality, Centralized Drinking Water Supply Systems. Quality Control.] [in Russian]
4. Pjatov E.A. Ocenka izmenenija aktivnosti vody po otnosheniju k zhelezu pri vozdejstvii na nee monohromaticheskim krasnym poljarizovannym svetom. [Assessment of Changes in Water Activity in Relation to Iron When Exposed to Monochromatic Red Polarized Light.] / E.A. Pjatov, N.A. Belokonova, S.M. Sergazina // ISCIENCE.IN.UA «Aktual'nye nauchnye issledovanija v sovremennom mire». [“Actual Scientific Research in the Modern World”.] g.Perejaslav-Hmel'nickij. Vol. 8(40) Part 3 2018. [in Russian]
5. Reznikov A.A. Sbornik metodov analizov» [“Collection of Analysis Methods”] / A. A. Reznikov, E.P. Mulikovskaja, N.Ju. Sokolov // Metody analiza prirodnyh vod [Methods of Analysis of Natural Waters]. M.,: Nedra, 1990. p. 427 [in Russian]
6. UMI SJeV-83 Unificirovannye metody issledovanija kachestva vod. Metody analiza vod. [UMI SJeV-83 Unified Methods of Water Quality Research. Part 1. Vol.2. Methods of Water Analysis.] SJeV. M., 1983. [in Russian]
7. Suckow M. A. Tom v Amerikanskom kolledzhe mediciny laboratornyh zhivotnyh [Volume at the American College of Laboratory Animal Medicine] / Mark A Suckow; Karla A Stevens; Ronald P Wilson. 2012. p. 23 [in Russian]
8. Water&Waste Digest. [Electronic resource].URL: https://www.wwdmag.com/current-issue (accessed 12.11.2021)
9. GOST 23268.0-91 Vody mineral'nye pit'evye, lechebnye, lechebno-stolovye i prirodnye stolovye. Pravila priemki i metody otbora prob. [GOST 23268.0-91 Mineral Drinking Waters, Medicinal, Therapeutic and Natural Canteens. Acceptance Rules and Sampling Methods] [in Russian]
10. Storch K. Quality standard for medical spas and medical wellness providers in Europe / Kurtvon Storch. SchweizerbartSciencePublishers, Stuttgart, 2012.-181 p.