д. т. н.  Татьяна Митченко, к. т. н.  Захар Малецкий

Всё есть яд и всё есть лекарство; Тем или иным его делает только доза.

Парацельс

Для сохранения здоровья и поддержания хорошей физической формы человеку необходимо выпивать минимум 2 л воды в сутки. Эта вода должна быть безопасной, т. е. соответствовать санитарным требованиям по химическим и микробиологическим показателям, и физиологически полноценной, т. е. содержать набор минеральных анионов и катионов, обычно присутствующих в природной воде и необходимых для нормального функционирования человеческого организма.

Если вода не соответствует микробиологическим нормам, острые последствия для здоровья наступают мгновенно в форме желудочных и кишечных инфекций. Несоответствие химическим требованиям может инициировать и стимулировать развитие хронических заболеваний, которые обычно проявляются с возрастом. Влияние недостаточной минерализации воды на здоровье человека не столь очевидно и однозначно, т. к. обычно компенсируется поступлением минеральных соединений из других источников – пищи, напитков, лекарственных препаратов.

Путь к безопасной воде

В идеале безопасная и физиологически полноценная вода должна поступать из водопроводных кранов. Однако это далеко не всегда соответствует действительности. Так, при оценке качества питьевой воды по данным мониторингового проекта WaterNet можно выделить типовые проблемы водопроводной, артезианской и колодезной вод Украины по минеральному составу:

• общая жесткость достигает 14 мг-экв/л при нормативе 7 мг-экв/л;
• общее железо – 1,5 мг/л при нормативе 0,2 мг/л;
• марганец – 0,2 мг/л при нормативе 0,05 мг/л;
• содержание нитратов в колодцах – 400 мг/л при нормативе 50 мг/л;
• мутность находится в пределах 0,25-3 мг/л при нормативе 1 мг/л;
• цветность 10-40 град. при нормативе 20 град. и перманганатная окисляемость 2-6,5 мг О2/л при нормативе 5 мг О2/л.

Кроме того, в периоды весенних паводков, летнего цветения воды, выпадения большого количества осадков и в других экстремальных ситуациях, приводящих к снижению качества воды в источниках водоснабжения, резко ухудшается и качество водопроводной воды, в первую очередь за счет появления избытка хлора и опасных хлорорганических производных – тригалогенметанов и трихлорэтилена.

В соответствии с информацией, которую можно почерпнуть из Национального доклада о качестве питьевой воды, санитарно-эпидемиологическая служба Украины ежегодно отбирает и анализирует около 160 тыс. проб из систем централизованного водоснабжения. По официальным данным, в 2013 году более 6 000 проанализированных проб не соответствовали нормативу по бактериологическим показателям. В случае артезианских вод проблема микробиологического загрязнения стоит еще более остро: общее микробное число при посеве пробы может превышать установленный норматив (100 КОЕ/мл) в несколько раз.

Международный проект GEMStat предлагает методику интегральной оценки качества питьевой воды в регионе по Индексу качества питьевой воды (DWQI), который отражает соответствие микробиологических и санитарнохимических показателей используемой воды нормам безопасности и органолептического благополучия Всемирной Организации Здравоохранения. По этой методике источники питьевого водоснабжения Украины получают оценку от «предельно допустимо» до «отлично» по безопасности и «плохо» – «удовлетворительно» по органолептическим свойствам.

Выходом из сложившейся ситуации является локальная водоподготовка: бытовые фильтры доочистки водопроводной воды и системы подготовки артезианской воды. К первой группе относятся кувшинные, одно-, двух- и трехступенчатые проточные фильтры, а также бытовые системы обратного осмоса. Ко второй – многостадийные системы, включающие механическую очистку, умягчение или комплексную очистку, обеззараживание ультрафиолетом, а также доочистку воды питьевого назначения с помощью бытовой системы обратного осмоса.

Поиски универсального решения, гарантирующего безопасность питьевой воды в течение всего периода эксплуатации, приводят к системе обратного осмоса, которая полностью задерживает микроорганизмы и обеспечивает глубокое удалении всех растворенных примесей. Конечно, говорить об абсолютном удаление всех минералов нельзя даже в этом случае. Современные мембраны обладают общей селективность до 99,9%, однако бытовые элементы, рассчитанные на работу при невысоких давлениях, обеспечивают снижение солесодержания до уровня 30 мг/л. Достаточное ли это количество? Мы попытались выяснить, какие же минералы должна содержать полноценная питьевая вода, и к каким последствиям приводят их отсутствие или избыток.

Вода - источник минералов

Основная функция питьевой воды – обеспечивать организм влагой (гидратация), но благодаря присутствию в ней минералов вода также может служить источником необходимых химических элементов: Ca, Mg, HCO3, SO4, Si, I, F, Na, Cr, Li, Mo, Se и др. Некоторые из элементов присутствуют в воде в ощутимых количествах, измеряемых в мг/л – это макроэлементы. Концентрация других определяется в мкг/л – это микроэлементы. Однако, каждый из элементов оказывает влияние на определенные функции человеческого организма.

Например, употребление воды с повышенной жесткостью, а именно с повышенным содержанием кальция и магния приводит к накоплению солей кальция в организме с последующим развитием артритов и мочекаменной болезни. При повышенном содержании магния потребитель может ощущать горьковатый привкус воды, а также испытывать проблемы со стороны пищеварительной системы.

Отсутствие же солей жесткости в питьевой воде может замедлять развитие костной ткани и стимулировать сердечно-сосудистые заболевания.

Однако простым умножением и сложением суточный минеральный баланс питания человека свести нельзя, поскольку некоторые минералы влияют на усвояемость других. Так, кальций – самый распространенный элемент в организме, определяющий здоровье костей и зубов, но в то же время – элемент-антагонист магния, играющего важную роль в функционировании сердечно-сосудистой системы. Это означает, что высокое потребление кальция сокращает усвояемость магния и увеличивает вероятность развития заболеваний сердца. Поскольку оба элемента являются составляющими общей жесткости воды, важно не только знать ее величину, но и обращать внимание на соотношение кальция и магния, которое в идеале должно быть в пределах 2-3:1.

Еще один минеральный компонент, связанный с общей жесткостью – бикарбонат-анион HCO3 –, одновременно определяющий щелочность и временную жесткость воды. Бикарбонаты выполняют буферную функцию в орг анизме и компенсируют сдвиги рН биосред в кислую область, а также предотвращают развитие остеопороза. Вместе с Натрием, Калием и сульфатами эти компоненты составляют группу макроэлементов, критически важных для здоровья человека.

В группу необходимых микроэлементов входят железо, селен, литий, цинк, фтор, хром, марганец, кремний, медь, бор и др. Роль этих элементов в организме человека изучена хуже. Их влияние на здоровье часто оценивают симптоматически. Так, известно, что дефицит селена наблюдается у онкологических больных, однако биохимический механизм этого явления пока не выяснен. Цинк нужен для здорового роста организма и функционирования иммунной системы, а литий предотвращает развитие психических заболеваний. Бор и за счет этого выполнять суточную норму по элементам. Однако это будет ошибкой, поскольку ВОЗ доказала, что постоянное употребление высокоминерализованной воды может приводить к обезвоживанию организма, нарушению кислотно-щелочного баланса, повышению концентрации остаточного азота в крови, ослаблению сердечной деятельности и другим негативным последствиям. Как видим, вода является не только одним из важных ресурсов минералов, но и потенциальным источником поступления различных токсинов в организм человека. Вода, очищенная обратным осмосом, абсолютно свободна от вредных примесей, в т. ч. бактерий и вирусов, и в то же время – это деминерализованная вода. При полноценном питании основной дефицит минеральных макро- и микрокомпонентов, необходимых человеку, покрывается за счет продуктов питания. Сегодня достоверно известно, что с питьевой водой человек получает от 8% до 25% суточной нормы минеральных веществ. Бо́льшая часть всех элементов поступает с едой, а вовсе не с водой, хотя усваиваются эти элементы лучше из воды, в которой находятся в растворенной ионной форме. Существует всего пять элементов, для которых доля потребления с водой превышает 30% – это Кальций, Магний, Алюминий, Хром и Хлор. Остальные поступают с водой

в количестве всего 1-15% от необходимого (таблица 3). В условиях же обедненного рациона питания – при голодании или диетах – регулярное использование деминерализованной воды может оказывать негативное влияние на здоровье человека. Однако это влияние несопоставимо с более серьезными угрозами – острыми инфекционными отравлениями вследпредупреждает артриты, а фтор, как известно, важен для здоровья зубов.

Наряду с полезными минералами, вода часто содержит элементы, несущие угрозу для здоровья. Так, алюминий увеличивает вероятность развития болезни Альцгеймера, мышьяк приводит к кожным заболеваниям и онкологии, свинец замедляет интеллектуальное развитие, вызывает депрессии и болезни кровеносной системы, избыток железа и меди приводит к кишечным расстройствам, а урана и кадмия – к нарушению функций почек. Сложность заключается в том, что эти элементы чаще всего присутствуют в воде вместе с полезными минеральными веществами.

Помимо наблюдения общих симптомов, существует ряд конкретных заболеваний, связанных с употреблением воды определенного минерального состава (таблицы 1, 2.). Наиболее известные из них: флюороз, развивающийся при употреблении воды с содержанием фтора больше 2 мг/л; кариес, обусловленный недостатком фтора в воде; зоб, который возникает при дефиците йода; подагра вследствие высокого содержания молибдена в воде.

Таблица 1. Болезни, возникающие при дефиците химических  элементов в питьевой воде 

В целом люди, постоянно употребляющие воду с обедненным минеральным составом, сильнее подвержены риску влияния токсических веществ и отравлениям, поскольку минеральный фон из макроэлементов создает конкуренцию при всасывании примесей в желудке и кишечнике. Можно решить, что для предотвращения подобной ситуации лучше пить высокоминерализованную воду и за счет этого выполнять суточную норму по элементам. Однако это будет ошибкой, поскольку ВОЗ доказала, что постоянное употребление высокоминерализованной воды может приводить к обезвоживанию организма, нарушению кислотно-щелочного баланса, повышению концентрации остаточного азота в крови, ослаблению сердечной деятельности и другим негативным последствиям.Таблица 2. Болезни, возникающие при токсическом влиянии примесей питьевой воды

Таблица 2. Болезни, козникающие при токсическом влиянии примесей питьевой воды

Как видим, вода является не только одним из важных ресурсов минералов, но и потенциальным источником поступления различных токсинов в организм человека. Вода, очищенная обратным осмосом, абсолютно свободна от вредных примесей, в т. ч. бактерий и вирусов, и в то же время – это деминерализованная вода. При полноценном питании основной дефицит минеральных макро- и микрокомпонентов, необходимых человеку, покрывается за счет продуктов питания. Сегодня достоверно известно, что с питьевой водой человек получает от 8% до 25% суточной нормы минеральных веществ. Бо́льшая часть всех элементов поступает с едой, а вовсе не с водой, хотя усваиваются эти элементы лучше из воды, в которой находятся в растворенной ионной форме.

Существует всего пять элементов, для которых доля потребления с водой превышает 30% – это Кальций, Магний, Алюминий, Хром и Хлор. Остальные поступают с водой в количестве всего 1-15% от необходимого (таблица 3). В условиях же обедненного рациона питания – при голодании или диетах – регулярное использование деминерализованной воды может оказывать негативное влияние на здоровье человека. Однако это влияние несопоставимо с более серьезными угрозами – острыми инфекционными отравлениями вследствие употребления микробиологически загрязненной воды и хроническими отравлениями при употреблении воды с повышенным содержанием нежелательных химических примесей.

Таблица 3. Пути поступления химических элементов и их биологическая усвояемость организмом человека

 Из сказанного выше можно сделать один вывод – оптимальным является применение воды, очищенной методом обратного осмоса, а затем донасыщенной полезными минералами до достижения физиологической полноценности.

Как достичь физиологической полноценности 

По мнению выдающегося биолога, основателя школы экспериментальной биологии Н. К. Кольцова, понятие физиологической полноценности воды подразумевает набор анионов и катионов, необходимых организму человека и содержащихся в природной воде. Для специалистов вопрос оптимального минерального состава воды всегда был и остается поныне дискуссионным. Однако это не помешало санитарным органам некоторых стран, в число кото рых входит и Украина, установить нормативы так называемого физиологически полноценного состава воды.

Существует два метода реминерализации обратноосмотической воды, отличающиеся способом введения минеральных соединений. Первый заключается в дозировании в воду раствора необходимых солей, второй – путем пропускания воды через гранулы минералов с ограниченной растворимостью. Второй способ прост и применяется в бытовых фильтрах. Дозирование растворов требует специального оборудования и точного приготовления растворов исходных компонентов, поэтому без обслуживающих специалистов не обойтись.

Бытовые картриджи-минерализаторы содержат гранулы минералов – чаще всего кальцита и доломита. Ответственные производители фильтров используют в производстве таких картриджей минералы пищевого класса – перекристаллизованные и очищенные от примесей. Вода, проходя через минералы, обогащается полезными компонентами, в первую очередь, макроэлементами. Уровень насыщения зависит от скорости пропускания воды – чем медленней, тем больше успевает раствориться минерал. Однако в любом случае уровень минерализации воды, пропущенной через картридж с гранулами минералов, остается ниже требуемого (таблица 4).

Таблица 4. Ориентировочный состав воды  после бытового картриджа-минерализатора

Растворы солей для реминерализации готовятся по специальным рецептурам и позволяют добиться требуемого состава воды по показателям рН, общей жесткости и щелочности, соотношению кальция и магния, натрия и калия, а также микроэлементов – как правило, фтора и йода. Такие смеси могут дозироваться в поток пермеата или в накопительную емкость с помощью автоматического оборудования – импульсных насосов-дозаторов, которые задают объемную концентрацию того или иного компонента смеси. Это решение применяется в сочетании с коммерческими системами обратного осмоса, на производствах бутилированных вод, а также в вендинговых автоматах очищенной воды.

Минеральный состав воды, прошедшей стадию реминерализации путем дозирования растворов смесей минералов, может колебаться в достаточно широких пределах, оговоренных требованиями, в зависимости от предпочтений изготовителя и/или заказчика системы кондиционирования питьевой воды (таблица 5).

Таблица 5. Состав пермеата обратного осмоса и воды после реминерализации путем дозирования растворов коммерческих смесей минералов

Литературные источники

Андрусишина И. Н. Влияние минерального состава питьевой воды на состояние здоровья населения. Вода и водоочистные технологии. Научно-технические вести, №2 (17), 2015.

Rosborg I. Drinking Water Minerals and Mineral Balance. Importance, Health Significance, Safety Precautions. Springer, 2015.

Kozisek F. Health risks from drinking demineralized water. National Institute of Public Health Czech Republic. Bennett S. The Hidden Dangers of Drinking Water. Huffington Post, 21 July 2015.

Національна доповідь про якість питної води та стан питного водопостачання в Україні у 2013 році. Петрова В. Мониторинг качества воды в Украине. НТУУ «КПИ», ХТФ, 2015.