Development of a methodology for obtaining physiologically complete drinking water

Abstract


The current state of the problem of diselementosis in the territory of the Russian Federation is analyzed and a list of elements is identified, the lack of which in food and water has a negative impact on human health. The author substantiates the development of a technique for conditioning drinking water to achieve its physiological usefulness and prevent diselementosis among servicemen who serve in the Arctic zone of the Russian Federation, where snowmelt is the source of drinking water. A salt composition was selected for conditioning low-mineralized water. For this, the initial stream of low-mineralized water is divided into two approximately equal secondary waters, and those mineralizing components that form sparingly soluble compounds are introduced into different secondary streams, which are then combined in a common tank. It is shown that for all the criteria studied, conditioned water meets the requirements of chemical safety Sanitary rules and regulations 2.1.4.1074-01, and also contains essential macro- and microelements in quantities corresponding to the standards of physiological potency of drinking water according to Sanitary rules and regulations 2.1.4.1116-02. The method of conditioning drinking water when it is introduced into the practice of water supply for servicemen of the Ministry of Defense of the Russian Federation will improve the quality of drinking water by enriching with essential macro- and microelements, increasing its physiological usefulness, which will serve as an effective measure to prevent the morbidity of servicemen due to the imbalance of nutrient elements in the body.

Введение. Химический состав питьевой воды в его количественном и качественном выражении может являться причиной многих заболеваний че- ловека [1, 2]. «Мягкая» вода с низким содержанием солей кальция и магния является фактором риска сердечно-сосудистой патологии и других широко распространенных заболеваний. Распространенность гипертонической болезни (ГБ) в регионах, снабжае- мых маломинерализованной водой, значительно (до 25-30%) превышает этот показатель для регионов с водой нормальной жесткости. Например, для мужчин 40-59 лет - жителей Санкт-Петербурга - частота ГБ составляет 40,1%, что в 1,5-2 раза превышает ча- стоту ГБ в других городах России (20-22%) и Москве (28,7%). Аналогичная корреляция наблюдается в от- ношении заболеваний опорно-двигательного аппара- та [1]. Свыше 65% населения Российской Федерации (РФ) проживают в условиях дефицита йода, что в ряде случаев является причиной развития врожденных аномалий, повышенной перинатальной смертности, снижения умственных способностей [9]. Добавление йода к питьевой воде приводит к существенному сни- жению патогенного накопления кальция в нейронах и повышению устойчивости клеток головного мозга к аноксии. При этом важным условием проявления нейропротективного эффекта йода, вводимого с пи- тьевой водой, является одновременное обогащение ее кальцием и магнием. Система I-Ca-Mg играет важ- ную роль в обеспечении функций нейронов, лежащих в основе процессов обучения и памяти. Практически повсеместно в питьевой воде имеется недостаток фтора, что обусловливает заболеваемость кариесом зубов более 60% детей (в Карелии, Оренбургской обл. - до 90-98%) [1]. Экстремальные природно-климатические условия Арктики обуславливают формирование ряда элемен- тозов, характеризующихся дефицитом эссенциальных и повышенным накоплением токсических элементов, что приводит к формированию «полярного» типа обмена. Еще более острой проблема дефицита жиз- ненно важных минералов становится при применении для водоснабжения военнослужащих в Арктической зоне (АЗ) РФ физиологически неполноценной воды, получаемой из талого снега [8]. Понятие физиологической полноценности воды научно обосновано гигиеническими исследованиями, показавшими неадекватность потребления полностью деминерализованной питьевой воды физиологиче- ским потребностям организма. Кондиционирование питьевой воды определяется как минерализация ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 3 (63) - 2018 133 Экспериментальные исследования (соленасыщение) деминерализованной (дистиллиро- ванной, или природной ультрапресной) воды с целью максимального приближения ее химического состава к параметрам, установленным СанПиН 2.1.4.1116-02 на физиологически полноценную питьевую воду [13]. Цель исследования. Разработка методики кон- диционирования питьевой воды для достижения ее физиологической полноценности и профилактики дисэлементозов у военнослужащих. Материалы и методы. Отбор проб водопрово- дной воды и снега проводили согласно действую- щим нормативным документам [3, 4]. Содержание тяжелых металлов в воде определяли на атомно-аб- сорбционном спектрометре с электротермической атомизацией «МГА-915М» фирмы «Люмэкс» (Россия) в соответствии с ГОСТ Р51309-99 [5]. Для определения анионного и катионного состава воды использовали систему капиллярного электрофореза «Капель-105М» фирмы «Люмэкс» (Россия) [7]. Химический состав и качество водопроводной питьевой воды, употре- бляемой военнослужащими, проходящими службу в гарнизонах Видяево, Снежногорск и Печенга, а также воды, получаемой из талого снега, для водоснабжения военнослужащих на о. Котельный (Новосибирские острова) изучали в соответствии с ГОСТом [6]. Анализ результатов измерений осуществляли стандартными методиками линейной статистики. Для оценки до- стоверности различий полученных результатов ис- пользовали t-критерий Стьюдента при 95% уровне вероятности. При обработке данных химического анализа вычисляли сходимость результатов двух из- мерений и cравнивали ее значение с приведенным в соответствующем ГОСТе. Результаты и их обсуждение. Установлено, что в Снежногорске и Видяево водоисточниками служат поверхностные водные объекты с маломинерали- зованной водой, дефицитной по основным макро- и микроэлементам. В Печенге водоисточником яв- ляется скважина, вода из которой физиологически полноценна по кальцию, магнию и калию, хотя микро- элементы йод и фтор содержатся в недостаточном количестве (табл. 1). В пробах воды с о. Котельный, которая приго- товлена путем плавления снега, обнаружено крайне низкое содержание макроэлементов: кальция, магния и калия, а также эссенциальных микроэлементов, та- ких как цинк (0,005±0,002 мг/л), селен (<0,005 мг/л), молибден (<0,001 мг/л); йод, фтор и медь в воде от- сутствовали. Вода, получаемая в результате таяния снега, в целом очень бедна химическими элементами [8]. Сухой вес такой воды составлял в среднем 26,5 мг/л, что в 3 раза ниже, например, невской воды (76,8 мг/л) и в 7,5-19 раз ниже рекомендованного СанПиН 2.1.4.1116-02 уровня минерализации в 200-500 мг/л [13]. Очевидно, что вода из Видяево, Снежногорска и с о. Котельный нуждается в кондиционировании. Известны способы кондиционирования опреснен- ных вод путем растворения в них заданного количе- ства твердых солей. Например, согласно инструкции к набору солей для приготовления питьевой воды из дистиллята (ТУ 6-09-3457-78) используются: 1) натрий сернокислый - 96 г и магний сернокислый - 81 г; 2) кальций хлористый кристаллический - 322 г; 3) натрий двууглекислый - 262,6 г и фтористый натрий - 1,5 г. Эти наборы позволяют довести солесодержание воды до 500 мг/л [11]. Однако при воспроизведении данной методики в лабораторных условиях получены следующие результаты: после поочередного раство- рения солей в воде в емкости выпал осадок, который не растворялся при перемешивании и сохранялся на протяжении всего срока эксперимента (7 сут). В рас- творе над осадком внесенные соли отсутствовали, либо их концентрация была значительно ниже заяв- ленной (табл. 2). Целью разработанной нами методики являлось достижение непрерывной минерализации объемов маломинерализованной воды необходимыми для кондиционирования ионами. При разработке мето- дики применяли два концентрированных солевых раствора, причем каждый из них содержал несовме- стимые с точки зрения растворимости для другого солевого раствора компоненты. Растворы вносили раздельно в емкость с обессоленной водой. Раствор № 1, г/л: кальций - 75-85; магний - 17-22. Раствор № 2, г/л: фтор - 1,12-1,44; гидрокарбонат - 60-70; калий - 20-25; йод (в форме йодата) - 80-120 мг/л. Таблица 1 Содержание эссенциальных элементов в пробах питьевой воды, поставляемой военнослужащим, мг/л Элемент Норматив СанПиН 2.1.4.1116-2 [13] Место отбора пробы Элемент Норматив СанПиН 2.1.4.1116-2 [13] Снежногорск Видяево Котельный Печенга Кальций 25-130 8,0±0,7 4,0±0,6 2,0±0,4 43,0±3,5 Магний 5-50 6,0±0,8 1,5±0,2 0,3±0,1 7,7±0,9 Калий 2-20 1,1±0,05 0,8±0,04 0,25±0,06 5,9±0,8 Йод 0,04-0,125 0* 0* 0* 0,01±0,001 Фтор 0,6-1,5 0* 0* 0* 0,4±0,035 Сухой вес 200-500** 93,1±7,2 22,4±1,6 26,5 257,0±16,4 Примечание: * - ниже предела обнаружения; ** - для воды высшей категории. 134 3 (63) - 2018 ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ Экспериментальные исследования Содержание элементов в воде над осадком от расчетного (по суткам), % Таблица 2 Сутки наблюдения Химический элемент Сутки наблюдения Кальций Магний Натрий Фтор 0 4,4 2,3 14,5 0 1 6,3 5,9 19 0,2 2 9,8 8,6 31 0,8 3 17,5 14,1 55 1,4 7 56 36,4 93,2 1,8 При введении в разные водные потоки (с последую- щим их объединением в накопительной емкости) двух минерализующих концентратов, компоненты одного из которых, например ионы щелочноземельных ме- таллов - кальция и магния, образуют труднораствори- мые соединения с компонентами другого, например ионами фтора и йодата, достигается необходимая степень равномерности их распределения в объеме воды в накопителе, что препятствует осадкообразо- ванию. При определении необходимой концентрации вносимых солей исходили из положения, что нижняя граница концентраций ограничена необходимостью достижения физиологической полноценности воды, а верхняя - процессом осадкообразования, который определяется величиной предельной растворимости образующихся в воде химических соединений. Поток дистиллированной воды расходом 10 л/мин подавали из бутыли емкостью 40 л. Поток разделили на два по 5 л/мин каждый при помощи тройника и силиконовых шлангов длиной 1 м, вода из которых поступала в общую емкость объемом 40 л. Расход 5 л/мин достигался при помощи регулирующих кранов, которыми были снабжены шланги. Ввод минерали- зующих реагентов осуществляли двумя перисталь- тическими микронасосами «РР-х-20» общества с ограниченной ответственностью «Вилитек» (Москва). Длительность эксперимента составляла 2 мин, в ре- зультате чего в бутыли-приемнике собиралось 20 л кондиционированной питьевой воды. Осадок не об- разовывался ни сразу после внесения солевых концен- тратов, ни в течение 7 сут последующего наблюдения. В течение 7 сут проводили динамический химический анализ на соответствие содержания введенных ком- понентов заданному. Содержание ионов в воде, кон- диционированной с помощью жидкой минеральной добавки, составило (мг/л): кальций - 36±1,4; магний - 9,3±1,3; калий - 7,2±1,5; натрий - 5,3±0,9; йодат - 0,05±0,003; фторид - 0,61±0,02; хлорид - 105±13,0; гидрокарбонат - 31±4,5. Показатели качества полученной питьевой кон- диционированной воды представлены в таблице 3. Предварительно оценивались органолептические показатели (запах, привкус, цветность, мутность) кондиционированной воды, которые соответствовали требованиям СанПиН 2.1.4.1116-02 [13]. Предложенный нами способ объективизации контроля за проведением кондиционирования за- ключается в определении содержания кальция с по- мощью тест-полоски в воде до и после проведения кондиционирования. Показатели качества кондиционированной воды, M±m Таблица 3 Показатель Исходная (дистилли- рованная) вода Кондиционирован- ная вода* ПДК по СанПиН 2.1.4.1074-01 [12] Нормативы качества воды по СанПиН 2.1.4.1116-02 [13] рН, ед. 5,4±0,1 7,2±0,2 6-9 6,5-8,5 Жесткость, мг-экв/л 0,1±0,001 2,2±0,3 7 1,5-7 Щелочность, мг-экв/л 0,05±0,02 2±0,1 нн 0,5-6,5 Гидрокарбонаты, мг/л 3±0,2 120±10,5 нн 30-400 Хлориды, мг/л 0,02±0,006 6±0,5 350 150-250 Сульфаты, мг/л 0,5±0,02 19,5±1,8 500 150-250 Кальций, мг/л 0,8±0,04 36,2±2,6 нн 25-130 Магний, мг/л 0,6±0,1 9,2±0,8 нн 5-65 Калий, мг/л 0,15±0,03 7,1±0,6 нн 2-20 Фториды, мг/л 0 0,6±0,02 1,5 0,6-1,2 Йодаты, мг/л 0 0,05±0,003 0,125 0,04-0,125 Сухой остаток, мг/л 5,1±0,2 240±12 1000 100-1000 Примечание: * - различия всех показателей по сравнению с исходной (дистиллированной) водой, р<0,05. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ ВОЕННО-МЕДИЦИНСКОЙ АКАДЕМИИ 3 (63) - 2018 135 Экспериментальные исследования По результатам проведенного исследования получен патент на изобретение «Способ получения кондиционированной питьевой воды» [10]. Заключение. Методика кондиционирования пи- тьевой воды при ее внедрении в практику водообе- спечения военнослужащих Министерства обороны РФ позволит улучшить качество питьевой воды за счет обогащения эссенциальными макро- и микроэлемен- тами, повысить ее физиологическую полноценность, что послужит эффективной мерой профилактики заболеваемости военнослужащих, обусловленной дисбалансом биогенных элементов в организме. По- лученные результаты в значительной мере позволят решить проблему дисэлементозов у военнослужащих. Выводы 1. Разработана методика и способ кондициони- рования маломинерализованной воды, получаемой из талого снега в Арктической зоне, с целью профи- лактики дисэлементозов и восполнения дефицита биогенных элементов в организме военнослужащих. 2. Качество питьевой воды, кондиционированной по разработанной методике, по всем изученным по- казателям удовлетворяло требованиям химической безопасности СанПиН 2.1.4.1074-01, вода содержала эссенциальные макро- и микроэлементы в количе- ствах, соответствующих нормативам физиологиче- ской полноценности питьевой воды согласно СанПиН 2.1.4.1116-02.

A V Krivtsov

Email: vmeda-nio@mil.ru

E F Sorokoletova

Email: vmeda-nio@mil.ru

A P Seleznev

Email: vmeda-nio@mil.ru

A I Andrianov

Email: vmeda-nio@mil.ru

V P Andreev

Email: vmeda-nio@mil.ru

Yu V Ischuk

Email: vmeda-nio@mil.ru

E S Martinova

Email: vmeda-nio@mil.ru

A A Korneeva

Email: vmeda-nio@mil.ru

  1. Авцын, А.П. Микроэлементозы Севера / А.П. Авцын [и др.] // Вопр. мед. географии Севера. - Мурманск, 1986. - С. 9-17.
  2. Азаров, И.И. Питьевая вода моряков. История и современ- ность / И.И. Азаров [и др.] // Морская медицина. - 2016. - № 3. - С. 22-31.
  3. ГОСТ Р 51593-2000. Вода питьевая. Отбор проб. // Государ- ственный контроль качества воды. - М.: ИПК Изд. стандар- тов, 2003. - С. 257-266.
  4. ГОСТ 17.1.5.05-1985. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков // Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК Изд. стандартов, 2003. - С. 267-278.
  5. ГОСТ Р 51309-99. Вода питьевая. Определение содержания элементов методами атомной спектрометрии // Государ- ственный контроль качества воды. - М.: ИПК Изд. стандар- тов, 2003. - С. 339-362.
  6. Государственный контроль качества воды. - М.: ИПК Изд. стандартов, 2003. - 776 с.
  7. Комарова, Н.В. Практическое руководство по использованию систем капиллярного электрофореза «Капель» / Н.В. Кома- рова, Я.С. Каменев. - СПб.: Веда, 2008. - 212 с.
  8. Кривцов, А.В. Физиолого-гигиеническая характеристика ор- ганизации питания и водоснабжения отдаленного воинского гарнизона в Арктике / А.В. Кривцов [и др.] // Вестн. Росс. воен.-мед. акад. - 2015. - № 4. (52). - С. 165-168.
  9. Никоноров, А.М. Гидрохимия / А.М. Никоноров. - Л.: Гидро- метеоиздат, 1989. - 351 с.
  10. Пат. № 2618264 Российская Федерация МПКС02F 1/68 (2006.01). Способ получения кондиционированной питье- вой воды / Селезнев А.П [и др.]; опубл. 03.05.2017. Б.И. № 13. - С. 123.
  11. Санитарные правила для морских судов-2018. - М.: Мор- книга, 2018. - 188 с.
  12. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требо- вания к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. - М.: ФЦГСЭН Минздра- ва России, 2002. - 103 с.
  13. СанПиН 2.1.4.1116-02. Питьевая вода. Требования к качеству воды, расфасованной в емкости. Контроль качества. - М.: Минздрав России, 2002. - 28 с.

Views

Abstract - 8

PDF (Russian) - 1


Copyright (c) 2018 Krivtsov A.V., Sorokoletova E.F., Seleznev A.P., Andrianov A.I., Andreev V.P., Ischuk Y.V., Martinova E.S., Korneeva A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.