Смак та запах води

1.1.2 Смак та запах води

Присмаки та запахи, характерні для води природних джерел, з¢являються внаслідок природного або зовнішнього забруднення. Розрізняють чотири види смаку природної води: солоний, гіркий, солодкий та кислий. Найбільш розповсюджений солоний смак води, який обумовлений розчиненим хлоридом натрію, гіркий – сульфатом магнію, кислий смак мають води, що містять надлишкову кількість розчиненої вуглекислоти.

Всі інші види смакових відчуттів називають присмаками. Так, солі заліза (ІІ) та марганцю надають воді чорнильного або залізистого присмаку, лужний присмак – сода, поташ і луги; сульфат кальцію - в¢яжучий. Інтенсивність смаку та присмаку визначається органолептично за температури 20^оС і оцінюється за п¢яти бальною шкалою.

Запахи води бувають натурального або штучного походження. Причиною виникнення запахів натурального походження може бути хімічний склад води, специфічні сполуки, що виділяються мікроорганізмами, рослинними залишками. До цих запахів відносять: ароматичний, гнильний, деревний, землистий, запах плісняви, рибний, трав¢яний, невизначений, а також запах сірководню, часто обумовлений присутністю останнього у воді.

Сполуки, які обумовлюють запахи натурального походження, є складними сумішами ароматичних вуглеводнів та кисневмісних сполук (спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри). Вони леткі, руйнуються сильними окислювачами та добре поглинаються активованим вугіллям. Запахи штучного походження, викликаються домішками промислових стічних вод називають по відповідним речовинам: фенольний, хлорфенольний, нафтовий і т.д.

Характер та інтенсивність запаху води визначають органолептично при температурі 20 та 60 ^оС (при дегустації холодної та підігрітої води запах підсилюється) та оцінюється за п¢ятибальною системою.

1.2 Характеристика хімічних показників якості води

Хімічний аналіз природної води має велике значення в практиці водопідготовки. На основі порівняння результатів аналізу природної води з вимогами, які пред¢являються споживачем, можна судити про те, яким процесам очистки необхідно піддати цю воду для покращення тих або інших показників її якості.

Активна реакція води - ступінь її кислотності або лужності. Визначається концентрацією водневих іонів, їх активністю. Визначення величини рН в практиці водопідготовки дозволяє встановити форму присутності солей вугільної та кремнієвої кислот. А також сполук сірководню, слугує для контролю деяких аналітичних визначень, відіграє велику роль при проведенні ряду процесів обробки води, наприклад при реагентному пом¢якшенні, знезалізненні, видаленні марганцю і т.д. Для більшості природних вод величина рН коливається в межах 6,5 - 8,5. Ця реакція більш або менш постійна завдяки впливу буферних сумішей; вона найбільш сприятлива для хімічних та біохімічних процесів виробництва напоїв. Відхилення значення рН від цих меж свідчить про збільшення у воді різних домішок, крім того на значення рН води впливає підвищена концентрація гумусових кислот та забруднення стічними водами.

Окислюваність води і органічні речовини

Наявність в природних водах органічних (у вигляді гумінових речовин, продуктів розкладу білків) і деяких легкоокислюючих неорганічних домішок (сірководню, сульфідів, нітратів, заліза (ІІ) та інш.) обумовлює окислюваність води. Ступінь окислюваності визначається кількістю кисню в міліграмах, що витрачається на окиснення органічних домішок в 1 дм³ води.

Азотовмісні речовини.Сполуки азоту в природних водах представлені крім аміаку, присутнього у вигляді іону NH₄⁺, нітритами і нітратами, які є продуктами його окислення під впливом фізико-хімічних і біохімічних факторів. Азотовмісні речовини (іони NH₄⁺, NO₂^-, NO₃^-) утворюються у воді головним чином в результаті розкладу сечовини та білків, які в воду попадають з стічними водами. Білкові речовини під дією мікроорганізмів зазнають розпаду, кінцевий продукт якого - аміак. Наявність останнього свідчить про забруднення води стічними водами

Сухий залишок Про кількість солей, які містяться у воді, судять по величині сухого залишку і втраті маси при прожарюванні. Сухий залишок, який утворюється при випарюванні означеного об¢єму води, попередньо профільтрованої крізь паперовий фільтр, складається з мінеральних солей і нелетких сполук. Органічна частина сухого залишку води визначається втратою його при прожарюванні.

Визначення втрати при прожарюванні використовується для контролю вмісту органічних сполук, хоча достовірні результати отримують для води з малим вмістом солей. Для вод з підвищеною кількістю солей отримані дані звичайно перевищують істинний вміст органічних речовин в наслідок часткового розкладу та звітрювання при прожарюванні мінеральних солей деяких азотовмісних сполук, карбонатів, а також кристалізаційної води.

Хлориди і сульфати володіють високою розчинністю і присутні у водах більшості джерел водопостачання. Розчинність у воді хлориду натрію складає 360 г/дм³, хлориду магнію - 545 г/дм³. Значна кількість хлоридів може попадати в воду в наслідок вимивання хлористих сполук з ґрунту, а також при попаданні в воду промислових та побутових стічних вод

Крім хлорид-іонів СІ^- в природних водах часто зустрічаються іони SO₄^2-. Звичайно в мало- та помірномінералізованих водах сульфатні іони домінують над хлорид-іонами. У морській воді та воді солоних озер концентрація хлорид-іонів значно вище концентрації сульфат-іонів. У воді річок та прісних озер вміст сульфат-іонів, як правило не перевищує 100 мг/дм³; в підземних водах концентрації може бути дещо вище, але на великій глибині із-за протікання там відновлювальних процесів вони часто зовсім відсутні. В місцях, де породи збагачені гіпсами, вміст сульфатних іонів в поверхневих і підземних водах може досягати(і іноді і перевищувати) 1000 мг/дм³. Сульфат-іони попадають в воду в основному при розчиненні осадових порід, в склад яких входить гіпс. Іноді іони SO₄^2- утворюються у воді в результаті окислення сульфідів та самородної сірки, а також внаслідок забруднення води промисловими та побутовими стічними водами. При відсутності кисню іони SO₄^2- під дією сульфатредукуючих бактерій відновлюються до Н₂S.

Наявність у воді сульфатів кальцію та магнію підвищують некарбонатну твердість води.

Сульфати та хлориди в певних концентраціях є причиною корозійної активності води. Сульфатна корозійна активність виникає при наявності у воді іонів сульфату в кількості більше 300 мг/дм³.

Лужність води.Під загальною лужністю води розуміють суму гідроксильних іонів (ОН^-) та аніонів слабких кислот, наприклад вугільної (іонів НСО₃^-, СО₃^2-), які містяться у воді. Так як у більшості природних вод переважають вуглекислі сполуки, розрізняють гідрокарбонатну та карбонатну лужність. При деяких прийомах обробки води та при рН її вище 8,5 виникає гідратна лужність.

Лужні метали.З іонів лужних металів в природних, особливо у морських, водах розповсюджені такі метали як натрій Na⁺ та калій К⁺. За розповсюдженістю в природних водах натрій займає перше місце, складаючи більш половини усіх катіонів, які містяться в ній. Кількість калію звичайно складає 4-10% числа присутніх у воді іонів натрію (в маломінералізованих водах – більший процент). В прісних водах концентрація натрію і калію звичайно не перевищує декількох міліграмів на літр; зі збільшенням мінералізації вміст натрію різко збільшується.

Надходження іонів натрію і калію в природні води обумовлено вилужуванням їх при вивітрюванні корінних порід, які містять алюмосилікати натрію, і кислих порід вулканічного походження, які містять калій. Іони натрію з¢являються і в наслідок розчинення кухонної солі, присутньої в осадових породах у вигляді покладів.

Твердість води.Твердість природної води обумовлюється наявністю в них солей кальцію та магнію.

Загальна твердість води це сума карбонатної (тимчасової) та некарбонатної (постійної) твердості.

Карбонатна твердість, пов¢язана з присутністю у воді в основному гідрокарбонатів кальцію або магнію, майже повністю видаляється при кип¢ятінні води. Гідрокарбонати при цьому розкладаються з утворенням вуглекисоти, в осад випадають карбонати кальцію та гідроксид магнію.

Некарбонатна твердість обумовлена присутністю кальцієвих та магнієвих солей сірчаної, соляної та азотної кислот і кип¢ятінням не усувається.

Іон магнію за своїм вмістом у воді займає друге місце серед катіонів, поступаючись першим іону натрію. Однак мало зустрічається вод, де домінуючим катіоном є іон магнію: в маломінералізованих водах перше місце належить іону кальцію, в сильномінералізованих – іону натрію.

Залізо і марганець. Залізо в природних водах може знаходитись у вигляді іонів Fе²⁺ і Fе³⁺, неорганічних (Fе(ОН)₃, Fе(ОН)₂, FеS) і органічних колоїдів, комплексних сполук (головним чином органічних комплексних сполук заліза) і тонко дисперсної зависі (Fе(ОН)₃, Fе(ОН)₂, FеS). В поверхневих водах залізо міститься у вигляді органічних комплексних сполук, колоїдів або дрібнодисперсної зависі. В підземних водах при відсутності розчинного кисню залізо може находиться у вигляді солей заліза (ІІ). Форма, в який присутні у природних водах залізо і марганець, залежить від значення рН и вмісту кисню.

Вміст заліза і марганцю у воді не перевищує декілька десятків міліграм в 1 дм³. Вода з високим вмістом цих іонів для питних і промислових цілей непридатна, так як має неприємний чорнильний або залізистий присмак. Наявність у воді заліза і марганцю може призводити до розвитку у трубах залізистих і марганцевих бактерій, що використовують в процесі своєї життєдіяльності енергію, що виділяється при окисленні сполук з низькою в сполуки з вищою валентністю.

Солі заліза як у вигляді двовуглекислого закису, так і у вигляді сірчанокислих і хлористих солей дуже несприятливо діють на воду та напої.

Сполуки кремнію. Кремній присутній у природних водах у вигляді мінеральних і органічних сполук. Вилуження силікатних порід збагачує природні води кремнієвою кислотою та її солями.

При рН<7 у воді находиться тільки недисоційована кремнієва кислота. Частина кремнію може бути присутня у воді в колоїдному стані у вигляді SiO₂ .H₂O або у вигляді полі кремнієвої кислоти хSiO₂ . уH₂O. Найбільша кількість кремнію знаходиться у підземних водах.

Сполуки фосфору Сполуки фосфору представлені в природній воді речовинами мінерального (мінеральний фосфор) і органічного (органічний фосфор) походження; вони можуть бути в розчиненому стані або у вигляді зважених часток. Мінеральний фосфор, який знаходиться в розчиненому стані, представлений в основному іонами ортофосфорної кислоти: Н₂РО₄^-, НРО₄^2- і РО₄^3- або органічного комплексу, а також у вигляді завислих часток органічного та мінерального походження.

Концентрація їх залежить від рН середовища і значень констант трьох ступеней дисоціації кислоти.

Розчинні у воді гази З розчинних газів найбільш важливими для оцінки її якості є вуглекислота, кисень, сірководень, азот. Вуглекислота, кисень і сірководень при означених умовах надають воді корозійні властивості по відношенню до металів та бетону.

Кисень може знаходитись в природних водах в різних концентраціях (0014,6 мг/дм³), що визначається інтенсивністю протилежно направлених процесів, які впливають на вміст кисню у воді. Збагачення води киснем проходить за рахунок розчинення його з повітря (у відповідності з парціальним тиском кисню і температурою води) та виділення водною рослинністю в процесі фотосинтезу. Окиснення деяких домішок води, гниття органічних залишків, зародження, дихання мікроорганізмів зменшують вміст кисню у воді. Різке зменшення вмісту кисню у воді в порівнянні з нормальним свідчить про її забруднення.

Сірководень утворюється в природних водах в результаті протікання в джерелі водопостачання біологічних процесів, гниття органічних залишків (сірководень органічного походження) або з деякими мінеральними солями (відновлюються, розкладаються і виділяють сірководень - сірководень неорганічного походження). Наявність у воді сірководню органічного походження свідчить про забруднення вододжерела. У поверхневих джерелах присутність сірководню малоймовірна, так як він легко окислюється. Іноді сірководень зустрічається в придонних шарах поверхневих джерел.

Азот попадає в природні води при поглинанні його з повітря, відновленні сполук азоту денітрифікуючими бактеріями, а також в наслідок розкладу органічних залишків.

2 Класифікація домішок і забруднень води

Речовини, що розчинені у природних водах, умовно можна розділити на п’ять груп:

1 - головні іони, що містяться у невеликій кількості ( CL^-, СО₃^2-, НСО₃^-, SO₄^2-, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ та інш.);

2 - розчинені гази ( кисень, азот, діоксид вуглецю, сірководень та інш.);

3 - біогенні гази (сполуки азоту, фосфору та кремнію);

4 - мікроелементи - сполуки всіх інших хімічних елементів;

5- органічні речовини.

Природні води характеризуються наступними критеріями якості:

·   фізико-хімічними - мінералізація, твердість, кислотність, лужність, сухий залишок, вміст завислих речовин, температура, водневий показник (рН), густина, електропровідність, оптична густина, поверхневий натяг, радіоактивність;

·   санітарно-гігієнічними - розчинний кисень, біохімічне витрачання кисню (БВК), окислюваність перманганатна та біхроматна, азот аміаку, нітритів та нітратів;

·   органолептичними забарвленість, запах, смак та прозорість;

·   бактеріальними - мікробне число, колі-індекс, наявність вірусів;

·   біологічними - присутність водоростей і т.д.

При різноманітті присутніх у воді домішок і забруднень першорядне значення для розробки економічних способів очищення води має обґрунтована класифікація, яка дозволяє об¢єднати їх за ознакою загальних властивостей в окремі групи.

Для характеристики природних вод по вмісту розчинених речовин застосовується декілька класифікацій запропонованих гідрохіміками.

За походженням розрізняють:

-     атмосферні води (осадові);

-     підземні води (ключові и колодязні);

-     поверхневі (річкові, озерні, морські, болотні).

За кількістю і характером домішок води розділяють на прісні, солоні, м¢які, тверді, прозорі, безбарвні, опалесцентні, мутні, забарвлені, духмяні і ін.

За принципом використання води поділяють на питні, господарські, технічні, охолоджуючі, лікувальні і т.д.

Система С.А. Щукарева включає 49 класів вод і передбачає використання в якості класифікаційного признака наявність в них іонів з концентраціями вище 12,5% їх загального вмісту (наприклад: хлоридно-натрієві, карбонатно-сульфатно-кальцієві і т.д.).

Класифікація природних вод за загальною мінералізацією наведена в таблиці 1.

Таблиця 1 - Класифікація природних вод за загальною мінералізацією

Вода	Характеристика	Загальна мінералізація, мг/дм3
Ультрапрісна	Звичайна гідрокарбонатна	Менше 200
Прісна	Звичайна гідрокарбонатна	200 – 500
З підвищеною мінералізацією	Гідрокарбонатно-сульфатна	500 – 1000
Солонувата та солона	Сульфатно-хлоридна	300 – 10000
З підвищеною солоністю	Переважно хлоридна	10000 – 35000
Перехідна до розсолу	Хлоридна	35000 – 50000
Розсоли	Хлоридна	50000 – 400000

Класифікація природних вод за твердістю наведена в таблиці 2.

Таблиця 2 - Класифікація природних вод за твердістю

Вода	Твердість, ммоль/дм3
Дуже м¢яка	Менше 1,5
М¢яка	1,5 – 4,0
Середньої твердості	4-8
Тверда	8-12
Дуже тверда	Більше 12

Класифікація вод запропонована О.А. Альокіним сполучає принцип розподілу за переважаючим аніоном та катіоном з підрозділом за кількісним відношенням поміж ними. За переважаючим аніоном природні води підрозділяються на три групи: гідрокарбонатні та карбонатні, а також сульфатні та хлоридні. Кожна група в залежності від переважаючого катіона ділиться на три групи: кальцієву, магнієву і натрієву. Кожна група має чотири типи вод в залежності від еквівалентного співвідношення іонів:

-     НСО₃^- > Са²⁺ + Мg²⁺;

-     НСО₃^- < Са²⁺ + Мg²⁺< НСО₃^- + SO₄^2-;

-     НСО₃^- + SO₄^2- < Са²⁺ + Мg²⁺ або СІ^- > Na⁺;

-     НСО₃^- = 0 (для кислих вод).

Класифікація домішок води Л.А.Кульського основана на фізико-хімічних характеристиках: фазовому стані і дисперсності. За цією класифікацією домішки води за їх відношенню до дисперсного середовища розділені на 4 групи. Домішки перших двох груп (крім високомолекулярних сполук) утворюють термодинамічно нестійкі гетерогенні системи, а двох інших - термодинамічно рівноважні і зворотні гомогенні системи. Перша група речовин являє собою нерозчинні домішки, які утворюють з водою суспензії, емульсії та піни. Ці домішки обумовлюють мутність води та в деяких випадках можуть надавати їй забарвленості. Друга група речовин об¢єднує гідрофільні і гідрофобні колоїдні домішки, а також високомолекулярні сполуки, які здатні утворювати з водою стійкі колоїдні системи. Третя група речовин включає розчинні у воді гази та органічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. Четверта група об¢єднує речовини, які утворюють з водою розчини електролітів.

Аналіз інформації про хімічний склад природних вод з різних джерел показує, що ступінь мінералізації природних вод може суттєво відрізнятися в залежності від географічного положення, кліматичної зони, геологічного походження джерела т ін. Існуючі типи класифікацій природних вод не відображають всієї різноманітності хімічного складу вод, що визначаються колом завдань, що вирішуються на основі введеної класифікації.

Необхідно відмітити, що запропоновані вище класифікації іонного складу природних вод малопридатні для характеристики промислових вод, що використовуються для приготування напоїв.

На підприємствах лікеро-горілчаної промисловості України в основному використовують пом'якшену водопровідну або артезіанську воду, вміст домішок в якій не завжди відповідає наведеним нижче критеріям оцінки якості. Технологічна підготовлена вода дуже різноманітна за складом, який залежить від географічного розташування підприємства, геологічного складу ґрунту, забруднення стічними водами, а також від застосовуваних способів водоочистки.

УкрНДІспиртбіопрод розроблено моніторингову систему якості води, що використовується для приготування горілки підприємствами-виробниками лікеро-горілчаної продукції, яка складається зі:

- спостереження за станом джерел водопостачання заводів-виробників, аналізу якості проб вихідної та води після установок водопідготовки;

-     обліку та систематизації інформації про стан якості води;

-     розробка рішень за класифікацією у відповідності з якістю води, що використовується для приготування алкогольних напоїв.