Критерии оценки качества и идентификация минеральных питьевых столовых вод

К минеральным питьевым столовым водам в соответствии с терминологией ФАО/ВОЗ [1] 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

Вто время как задача идентифика­ции и подтверждения генезиса мине­ральных лечебных и лечебно-столовых вод трудна, но разрешима [2], проблема подтверждения соответствия состава столовых вод их наименованию до на­стоящего времени практически не ре­шалась.

Минеральные воды разливают по общим [3] или индивидуальным для каждого наименования техническим условиям, вэтих 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 [4] установлены предель­но допустимые содержания токсичных элементов в водах.

Европейские требования к безопас­ности и качеству минеральных вод [5] в отношении содержания ксенобиотиков, таких, как пестициды, нефтепродукты, полиароматические углеводороды и др., не совпадают с отечественными из-за отсутствия аналогичных нормативов в действующих документах.

Вотечественной литературе име­ются разрозненные сведения [6-8], посвященные миграции персистент-ных токсикантов в минеральные воды, которые так же могли бы быть исполь­зованы в качестве идентификационных показателей.

Ранее [9], 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 [10].

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 [11].

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 [12].

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 [13].

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, кровля гори-

Таблица 1

Таблица 2

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 гидрокарбо­натным натриево-магниево-кальцие вым. Их ионный состав выражен похо­жими формулами:

или

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 и выражается так же подобны­ми формулами

или

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).