Цель данной работы – оценка содержания различных ионов в питьевой воде различных районов Оренбургской области.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– провести анализ литературы, научных и технических достижений в мировой практике по исследованию содержания катионного и анионного состава воды;

– определить содержание катионов и анионов  в питьевой воде Оренбургской области методом капиллярного электрофореза;

– сравнить полученные результаты по содержанию катионов и анионов в воде с предельно–допустимыми концентрациями.

В качестве пунктов пробоотбора были выбраны следующие:  г.  Новотроицк, г. Орск,  Илекский и Новосергиевский районы.  Пробы  воды  отбирались согласно ГОСТу31862-2012 «Вода питьевая. Отбор проб» [1]. В каждом населенном пункте отбирали по 5 проб. В исследуемых образцах определяли содержание анионов (Cl^-, NO₂^-, SO₄^2-, NO₃^-, F^-, PO₄^3-) и катионов (NH₃⁺, K⁺, Na⁺, Mg²⁺, Ba²⁺,  Ca²⁺) методом капиллярного электрофореза [2, 3].

Метод капиллярного электрофореза реализуется  за счёт разделения заряженных компонентов сложной смеси в кварцевом капилляре под действием приложенного электрического поля [4].

Небольшое количество анализируемого раствора вводят в капилляр, предварительно заполненный нужным буферным раствором-электролитом.

Далее к концам капилляра подают высокое напряжение (до 30кВ) и компоненты смеси с разной скоростью в зависимости от заряда и массы начинают двигаться  к зоне детектирования. Информация о прохождении зоны детектирования оцифровывалась и передавалась на компьютер, в виде пиков на электрофореграмме.

Полученная последовательность пиков называется электрофореграммой; качественной характеристикой вещества является время миграции, а количественной – высота или площадь пика, пропорциональная концентрации вещества. Обработка полученных электрофореграмм была  проведена в программе “Мультихром”.

Первым этапом в работе была подготовка буферных растворов. Рабочий буферный раствор для определения неорганических анионов состоит из смеси 2,2-дигидроксиэтиламин (основание) и хромовой кислоты с добавкой катионного ПАВ бромида (или гидроксида) цетилтриметиламмония ЦТАБ или ЦТАОН. Анионы мигрируют в зону детектирования в следующем порядке: хлорид, нитрит, сульфат, нитрат, фторид, фосфат.

В результате проведенных исследований было установлено, что содержание ионов хлора наименьшее в воде г. Орска и составляет 69,66 мг/мл, а наибольшее в воде г. Новотроицка  – 157,72 мг/мл (таблица 1).  Полученные значения не превышают ПДК (350 мг/мл).

Таблица 1 – Содержание анионов в питьевой воде

Содержание нитритов минимально в г. Новотроицке (0,00071 мг/мл). Содержание сульфитов, нитратов, фторидов и фосфатов также не превышает ПДК.

Известно [4], что для регистрации пиков катионов, применяют косвенное детектирование, т.е. в состав ведущего электролита вводят поглощающий катион бензимидазола (БИА) в концентрации 0,01 М, которая обеспечивает необходимую оптическую плотность исходного раствора. При разделении катионы пробы эквивалентно замещают в растворе катион бензимидазолия, что в итоге приводит к снижению оптической плотности в зоне каждого катионного компонента.

При электрофорезе в зону детектирования первыми мигрируют катионы калия и аммония. Их электрофоретическая подвижность одинакова, и на электрофореграмме без специальных мер, они выходят одним пиком. Для того чтобы идентификация катионов калия и аммония была возможна, в состав буферного раствора вводят добавку вещества под названием 18-краун-6.18-краун-6 – это макроцикл с гидрофильной внутренней полостью, размер которой практически идентичен размеру ионного радиуса иона калия. В результате взаимодействия краун эфира с катионом калия образуется комплекс, система “гость» – «хозяин”, где “гостем” является катион калия, а “хозяином” – молекула краун-эфира. В результате образования комплекса, подвижность ионов калия снижается, а подвижность других катионов остается без изменений. После миграции катионов калия и аммония с хорошим разрешением мигрируют пики натрия, магния, бария  и кальция.

В таблице 2 представлены результаты исследований катионного состава воды. Видно, что содержание катиона аммония наибольшее в питьевой воде г. Орска, а наименьшее в Новосергиевском районе. Все исследуемые образцы характеризуются низкими значениями концентраций катионов калия и натрия.  Минимальное значение содержания катиона бария обнаружено в воде  Новосергиевского района 0,033 мг/л, при ПДК = 0,7 мг/л.

Таблица 2 – Содержание катионов в питьевой воде

Общая жесткость воды отражает суммарное содержание ионов кальция и магния. Жесткая вода мало пригодна для хозяйственно-бытовых нужд. Все исследуемые образцы характеризуются мягкой водой со средним значением показателя жесткости 2,3 ммоль/л, что соответствует установленным гигиеническим нормам (СанПиН 2.1.4.1074–01) [5]. Использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно–щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная жёсткость. Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, хотя есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая – незначительно увеличивает риск сердечно–сосудистых заболеваний  [6, 7].

Заключение

Результаты исследований свидетельствуют, что показатели качества питьевых вод в целом находятся в пределах нормы. Обнаружены низкие значения концентраций катионов калия и натрия во всех отобранных пробах. Мягкой водой со средним значением показателя жесткости 2,3 ммоль/л характеризуются питьевые воды изученных населенных пунктов.

В большинстве случаев помимо снабжения страдает и качество доставляемой воды, которая не отвечает показателем примерно в 22%. В итоге примерно 50% населения Оренбургской области используют воду не соответствующую показателям качества,что приводит к ухудшению здоровья населения [1, 2].

К показателям качества, обычно, относятся физические, химические и санитарно-бактериологические показатели. К физическим показателям относятся температура, запах и привкус, цветность и мутность. Химический состав воды могут охарактеризовать химические показатели. К санитарно-биологическим показателям относятся общая бактериальная загрязненность воды, содержание радиоактивных и токсичных компонентов.

Цель данной работы – оценить показатели качества питьевой воды некоторых районов г. Оренбурга.

Для решения поставленной цели нами были определены следующие задачи:

- изучить органолептические показатели качества питьевой воды;

- определить химические показатели питьевой воды различных районов г. Оренбурга. 

Объекты и методы исследования 

Объектом исследования послужили питьевые воды. Пробы воды отбирались с 6 улиц г. Оренбурга (n = 30) согласно ГОСТа Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору  проб» [3]. Методы определения качества питьевой воды приведены в таблице 1.

Таблица 1. Методы определения показателей качества  питьевой воды

На первом этапе работы изучали органолептические показатели (запах, привкус, мутность, цветность) качества воды [4,5]. Результаты исследований показывают, что питьевая вода на улицах Джангильдина, Салмышской, Челюскинцев и Мира имеет показатель мутности менее 0,5 мг/дм³ при нормативе не более 1,5 мг/дм³. Самый высокий показатель мутности 1,37 мг/дм³ зафиксирован в воде на ул. Чкалова, но он не превышает нормативов.

На этой же улице наивысший показатель цветности равный 15,2 градусов.

Таблица 2.  Органолептические показатели качества питьевой воды

В целом по органолептическим показателям качества исследуемые образцы воды соответствуют нормативам [6].

На втором этапе работы изучали содержание аммиака,  железо общее и перманганатную окисляемость[7]. Результаты исследований представлены в таблице 2. Известно [7], что наличие иона аммиака в концентрациях, превышающих фоновые значения, указывает на свежее загрязнение и близость источника загрязнения (коммунальные очистные сооружения, отстойники промышленных отходов, животноводческие фермы, скопления навоза, азотных удобрений, поселения и др.). В связи с этим, мы решили проанализировать пробы воды на содержание аммиака.  В образцах воды отобранных на улицах Джангильдина, Чкалова, Алтайская и Мира содержание аммиака менее 0,05 мг/дм³, а на улицах Салмышская и Челюскинцев 0,22 мг/дм³ и 1,51 мг/дм³ соответственно. Это значительно ниже, чем ПДК.

Из литературных данных известно [8], что содержание железа в воде выше 1 – 2 мг/дм³ значительно ухудшает органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус. Высокие концентрации железа увеличивают показатели цветности и мутности воды. В небольших количествах железо необходимо организму человека, т.к. оно входит в состав гемоглобина и придает крови красный цвет. Но слишком высокие концентрации железа в питьевой воде вредны для человека  [8]. Результаты исследований показали, что содержание железа общего изменяется от 0,1 до 0,23 мг/дм³, при ПДК не более 0,3 мг/дм³.

Следующим изученным показателем была перманганатная окисляемость. Этот показатель отражает общую концентрацию органических веществ в воде. Природа органических веществ может быть самой разной – и гуминовые кислоты почв, и сложная органика растений, и химические соединения антропогенного происхождения. По количественному значению показателей и их отношению можно косвенно судить о природе органических веществ, присутствующих в воде, о пути и эффективности технологии очистки [8]. Видно, что во всех исследуемых образцах воды перманганатная окисляемость значительно ниже пороговых значений (от 0,8 до  1,92 мгО₂/дм³).

Таблица 3. Химические показатели качества питьевой воды

На третьем этапе работы изучали содержание хлорид–, нитрит– и нитрат – ионов (таблица 3). В результате проведенных исследований было установлено, что содержание хлорид–ионов в питьевой воде колеблется от 50,9 до 212,3 мг/дм³ и не превышает ПДК (не более 350 мг/дм³).

Таблица 4. Содержание анионов в питьевой воде различных районов г.Оренбурга

Содержание нитратов  в исследуемых пробах питьевой воды не превышает ПДК. Составляют исключение пробы воды, отобранные на улице Мира, концентрация нитратов в ней имеет значение близкое к пороговому  равно 44,5 мг/дм³.

Заключение

Судя по мониторингу образцов, мы можем утверждать, что качество воды централизованного хозяйственно – питьевого водоснабжения по санитарно – химическим показателям находится в пределах нормы. В пробах воды отобранных на улице Мира, содержание нитратов близко к пороговому  значению (44,5 мг/дм³ при ПДК = 45 мг/дм³). Хотя показатели не превышают норму, но они близки к пороговым значениям, что уже является поводом для улучшения качества очистки вод.