Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод

К минеральным питьевым столовым водам в соответствии с терминологией ФАО/ВОЗ относят воды с пока­зателем «минерализация» (М) менее 1 г/дм3, подземного происхождения, постоянного состава и разливаемые без его изменения. Если в европейских странах наи­большим спросом пользовались воды с низкой минерализацией, такие, как «Перье», «Эвиан», и др., то в России, обладающей уникальными месторож­дениями минеральных вод, традицион­но разливали преимущественно воды лечебно-столовые и лечебные, т.е. воды с М выше 1 г/дм3 И лишь в последние десятилетия изменилась структура производства и потребления расфасо­ванной в емкости минеральной воды.

К минеральным питьевым столовым водам в соответствии с терминологией ФАО/ВОЗ относят воды с показателем «минерализация» (М) менее 1 г/дм3, подземного происхождения, постоянного состава и разливаемые без его изменения.

Если в европейских странах наибольшим спросом пользовались воды с низкой минерализацией, такие, как «Перье», «Эвиан», и др., то в России, обладающей уникальными месторождениями минеральных вод, традиционно разливали преимущественно воды лечебно-столовые и лечебные, т.е. воды с М выше 1 г/дм3 И лишь в последние десятилетия изменилась структура производства и потребления расфасованной в емкости минеральной воды.

Увеличение спроса и соответственно квоты минеральных столовых вод на потребительском рынке связано с процессами антропогенного воздействия на поверхностные и грунтовые воды, обеспечивающие системы централизованного и нецентрализованного питьевого водоснабжения, и ухудшением качества питьевой воды.

С ростом номенклатуры разливаемых минеральных вод возросло количество фальсификаций продукции, что, в свою очередь, актуализировало проблему их идентификации

В то время как задача идентификации и подтверждения генезиса минеральных лечебных и лечебно-столовых вод трудна, но разрешима, проблема подтверждения соответствия состава столовых вод их наименованию до настоящего времени практически не решалась.

Минеральные воды разливают по общим или индивидуальным для каждого наименования техническим условиям, в этих документах описаны качественные характеристики, выраженные посредством регламентирования количественного содержания основных макрокомпонентов, значения показателя «минерализация» и специфических компонентов и сформулированы требования к безопасности вод. Кроме того, в документах общего назначения установлены предельно допустимые содержания токсичных элементов в водах.

Европейские требования к безопасности и качеству минеральных вод в отношении содержания ксенобиотиков, таких, как пестициды, нефтепродукты, полиароматические углеводороды и др., не совпадают с отечественными из-за отсутствия аналогичных нормативов в действующих документах.

В отечественной литературе имеются разрозненные сведения, посвященные миграции персистентных токсикантов в минеральные воды, которые так же могли бы быть использованы в качестве идентификационных показателей.

Ранее, исследуя закономерности формирования минеральных лечебно-столовых и лечебных вод, служащие основой для их идентификации, нашли, что выявление генезиса базируется на комплексе данных об основном химическом составе и содержании специфических компонентов.

Задача идентификации минеральных столовых вод значительно сложнее.

По органолептическим признакам столовые воды различаются незначительно, так как вкусовые качества формируются соотношением основных ионов, таких, как гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, кальций, магний, натрий и калий, и их количеством.

Так как суммарное содержание основных ионов лимитировано величиной 1 г/л, оно практически не оказывает влияния на вкус воды. Вместе с тем существенное влияние на вкус или его «маскировку» оказывает насыщение вод диоксидом углерода, повышающее жаждоутоляющие свойства воды. Таким образом, технологический прием — газирование вод — еще больше уменьшает различия в органолептических свойствах.

Кроме того, в отличие от подземных вод с высокой минерализацией, содержащих в значимых количествах

такие специфические компоненты, как литий, стронций, бораты, силикаты, позволяющие их идентифицировать, в столовых водах эти компоненты, как правило, присутствуют в низких концентрациях, что значительно усложняет идентификацию.

Если на первом этапе исследований информация о содержании и соотношении макрокомпонентов может служить основой для объединения столовых вод в группы, то идентифицировать воду конкретного наименования на основании таких данных не представляется возможным.

Поэтому задача установления генезиса столовых вод может быть решена только на основании данных химических анализов максимально возможного количества микроэлементов и выявлении соотношений комплекса компонентов, характерных для вод одинакового происхождения.

Состав подземных вод формируется во времени, подчиняется строгим закономерностям, зависящим от тектоники, истории геологического развития планеты и отдельных геологических структур, рельефа, климата.

Существующее многообразие типов минеральных вод обусловлено геохимической ситуацией водоносных горизонтов конкретных регионов. Конечный этап формирования представляет собой равновесие системы «вода ? порода» и выражается формулой: вода ? неорганические соединения ? органические соединения ? газы.

Так как цель работы — выявление комплекса специфических, присутствующих в водах компонентов, их соотношения присущим данному водоносному горизонту (ВГ) , называемым в дальнейшем «идентификационными комплексами» (ИК) , то при прогнозировании ИК рассматривали влияние геохимии водовмещающих пород на формирование состава воды.

Например, взаимодействие воды с карбонатными породами, самые распространенные минералы которых — целестин и стронцианит, обусловливает присутствие стронция, а повышенное содержание лития характерно для вод, залегающих в глинистых водовмещающих породах.

Были изучены химические составы многочисленных проб вод, отобранных из скважин, вскрывающих Касимовский, Гжельско-Ассельский, Окско-Протвинский, Подольско-Мячиковский и Каширский водоносные горизонты. Московского артезианского бассейна.

Полученную в результате мониторинга аналитическую информацию систематизировали и использовали для обоснования критериев идентификации вод.

После статистической обработки данных химических анализов нашли достоверные диапазоны содержания компонентов для каждого водоносного горизонта (табл. 1).

Сравнивая данные по содержанию компонентов в пробах вод, отобранных из разных скважин, вскрывающих определенный водоносный горизонт, установили, что концентрации макро- и микрокомпонентов незначительно меняются.

Такие изменения характерны для всех водоносных горизонтов, зависят от неравномерного распределения минералов, составляющих водовмещающие породы, и наличия зон повышенной трещиноватости и закарстованности.

Наличие закарстованности и трещиноватости в отдельных зонах нарушает линии водоупоров, разделяющих водоносные горизонты, что способствует смешению вод из различных го ризонтов и, следовательно, приводит к локальным изменениям их состава. Кроме того, рост концентраций некоторых компонентов в водах, принадлежащих одному водному горизонту, зависит напрямую от глубины скважины, т.е. гидрогеохимической зональности.

Из данных табл. 1 видно, что диапазоны концентраций некоторых компонентов, а также значения показателя «минерализация» (М) в водах из различных водоносных горизонтов близки или тождественны.

По подобию макрокомпонентных составов объединили воды различных горизонтов в группы. К первой группе отнесли воды Окско-Тарусского (С1,ok-tr) и Турабьевского (С3trb) горизонтов. Водовмещающие породы Окско-Тарусского горизонта составлены известняками с прослоями глин и песчаников. Турабьевский горизонт приурочен к известнякам и доломитам.

Таблица 1

Компонент Водоносные горизонты
Окско-Тарусский (С1,ok-tr) Турабьевский (С3trb) Гжельско-Ассельский

(С3g-P1a)

Касимовский (С3ksm) Окско-Протвинский

(С1ok-tr)

Каширский(С2k?) Подольско-1 Мячиковский (С2pd-m?)
Содержание компонентов, мг/л
Li 0.01 0.01 0.01 0.02-0.04 0.03-0.09 0.1-0.2 0.18-0.2
K 3-8 0.1-4.5 5-12 6-15 8-14 10-15 14-16
Na 9-40 2-26 30-150 18-44 30-90 30-50 26-40
Mg 18-25 5-15 30-60 28-48 40-60 50-70 60-120
Ca 85-130 20-80 110-130 80-120 90-130 70-140 75-160
Sr 0.3-0.8 0.05-0.3 0.1-0.7 0.8-1.2 1-8 15-18 15-22
F 0.2-0.5 0.1 0.2-0.4 0.7-1.0 1.0-3.4 3-5 3.5-4.8
Cl 4-60 1-38 50-210 20-100 30-50 3-40 3-17
SO2 20-60 4-33 80-200 40-90 120-500 300-500 300-800
HCO3 350-420 150-287 340-460 300-350 200-310 170-210 213-270
H3BO3 2.5 2.5 2-24 2-5 3-13 2-7 6-10
SiO2 4-7 5-13 10-20 6-17 5-90 10 6-10
Минерализация 0.5-0.8 0.3-0.5 0.7-1.2 0.5-0.8 0.4-0.7 0.6-1.1 0.6-1.4

Таблица 2

Компонент Водоносные горизонты
Окско-Тарусский (С1,ok-tr) Турабьевский (С3trb) Гжельско-Ассельский

(С3g-P1a)

Касимовский (С3ksm) Окско-Протвинский

(С1ok-tr)

Каширский(С2k?) Подольско-1 Мячиковский (С2pd-m?)
Нормализованные единицы (НЕ)
Li - - - 1 2 5 6.3
Na 1.7 1 6.4 2.2 4.3 2.9 2.4
Mg 2.1 1 4.5 3.8 5 6 9
Ca 2.1 1 2.4 2 2.2 2.1 2.4
Sr 2.5 1 2 5 22.5 80 92.5
F 3 1 3 8 12 40 41
Cl 3.2 2 13 6 4 2.1 1
SO2 2.4 1 8.2 3.8 18.2 23.5 35.3
HCO3 2 1.2 2.1 1.7 1.3 1 1.3
H3BO3 - - 6 1 2.7 1.5 2.7
SiO2 1 1.8 3 2 1.4 2 1.6

По тому же принципу во вторую группу объединили воды — Гжельско-Ас-сельского и Касимовского горизонтов. Гжельско-Ассельский горизонт представлен известняками. Водовмещающие породы Касимовского горизонта состоят из светлых известняков и доломитов, в различной степени трещиноватыми и закарстованными, с выдержанными по простиранию и мощности первоцветными глинистыми прослоями.

Воды этой группы относят к хлоридным сульфатным гидрокарбонатным натриево-магниево-кальциевым или сульфатным хлоридным гидрокарбонатнымнатриево-магниево-кальцие-вым.

В третью группу объединили воды с высоким содержанием сульфатов Каширского, Подольско-Мячиковского и Окско-Протвинского горизонтов. Все эти горизонты приурочены к известнякам и доломитам с незначительными прослоями глин и мергелей. Окско-Протвинский водоносный горизонт отличается наличием трещиноватых известняков.

Макрокомпонентный состав вод третьей группы описывается как гидрокарбонатный сульфатный магниево-натри-ево-кальциевый или гидрокарбонатный сульфатный натриево-магниево-каль-циевый.

Установленные различия между группами вод в отношении ионно-солевого состава очевидны. В пределах одной группы, воды так же отличаются между собой.

Для выявления набора отличительных компонентов для каждого водоносного горизонта провели нормализацию аналитической информации после усреднения химических данных, т.е. приняли минимальное значение концентрации каждого компонента за единицу, затем относительно его рассчитывали содержания аналогичного компонента в других водных горизонтах. Получили данные (табл. 2) , наглядно демонстрирующие индивидуальные характеристические наборы для каждого изучаемого водоносного горизонта.

Из данных табл. 2 видно, что воды Окско-Тарусского и Турабьевского горизонтов, объединенные по ионно-со-левому составу в первую группу, различаются не только концентрациями кальция, магния, гидрокарбонатов, хлоридов, сульфатов, но и содержанием диоксида кремния.

Согласно данным табл. 2, для дифференцирования вод второй группы — Гжельско-Ассельского и Касимовского горизонтов, характеризующимся похожими формулами, целесообразно использовать данные по содержанию лития, натрия, стронция, фторидов и сульфатов. Для обоих водоносных горизонтов характерна повышенная концентрация боратов и силикатов.

Повышенное содержание боратов характерно также и для вод третьей группы. Как и в ранее рассмотренных случаях, воды третьей группы объединены по принципу подобия составов и относятся к гидрокарбонатно-сульфат-ным натриево-магниево-кальциевым (магниево-натриево-кальциевым).

Ионно-солевой состав вод этой группы значительно отличается от составов вод, рассмотренных выше, с высокой концентрацией сульфатов. Вместе с тем для вод каждого из этих водоносных горизонтов характерно содержание отличительных компонентов, таких, как литий, магний, фториды, хлориды, сульфаты.

Анализ приведенных в обеих таблицах данных позволил выделить особенности, характерные для вод, добытых из каждого водоносного горизонта. Так, воды Турабьевского горизонта отличаются наименьшим значением минерализации, Гжельско-Ассельского — высокой концентрацией боратов и силикатов, Подольско-Мячиковского — лития, стронция, фторидов, сульфатов.

Используя усредненные и нормализованные данные, представленные в табл. 1 и 2, легко отнести изучаемую пробу воды к какой-либо из групп. Следовательно, эти таблицы служат основой для идентификации вод, а данные, приведенные в них, — основой для составления идентификационных комплексов.

Помимо включенных в таблицы компонентов для вод, добываемых из отдельных скважин, как было указано выше, из-за особенностей строения водовмещающих пород возможно наличие особых специфических микроэлементов. Такие элементы устанавливают дополнительно при выполнении химических анализов.

Следовательно, основной ИК минеральных столовых вод, добываемых из изученных ВГ, включает макрокомпоненты, составляющие формулу воды: натрий, магний, кальций, хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты. Дополни­тельный ИК содержит микроэлементы: литий, стронций, калий, фториды, бораты, силикаты. Кроме того, в качестве идентификационных могут быть использованы артекомпоненты, такие, как токсичные компоненты (например, нитриты, нитраты или персистентные ксенобиотики, мигрировавшие в систему, ответственную за формирование воды).


Возврат к списку