Мутность
Мутность не только отрицательно влияет на внешний вид воды. Главным отрицательным следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий. Поэтому во всех случаях, когда производится дезинфекция воды, мутность должна быть минимальной для обеспечения высокой эффективности этой процедуры. Также повышение мутности воды может быть вызвано выделением некоторых карбонатов, гидроксидов алюминия, высокомолекулярных органических примесей гумусового происхождения, появлением фито- и изопланктона, а также окислением соединений железа и марганца кислородом воздуха. Взвешенные вещества имеют различный гранулометрический состав, который характеризуется гидравлической крупностью, выражаемой как скорость осаждения частичек при температуре 10 °С в неподвижной воде.
Последнюю единицу измерения называют также Единица Мутности по Формазину (ЕМФ) или в западной терминологии FTU (Formazine Turbidity Unit). 1FTU=1ЕМФ=1ЕМ/дм3. В России мутность определяют фотометрическим путем сравнения проб исследуемой воды со стандартными суспензиями. Результат измерений выражают в мг/дм3 при использовании основной стандартной суспензии каолина или в ЕМ/дм3 (единицы мутности на дм3) при использовании основной стандартной суспензии формазина.
| Взвешенные вещества | Размер, мм | Гидравлическая крупность, мм/с | t осаждения частиц на глубину 1 м |
| Коллоидные частицы | 2х10-4-1х10-6 | 7х10-6 | 4 года |
| Тонкая глина | 1х10-3-5х10-4 | 7х10-4-17х10-6 | 0,5-2 месяца |
| Глина | 27х10-4 | 5х10-3 | 2 суток |
| Ил | 5х10-2-27х10-3 | 1,7-0,5 | 10-30 минут |
| Песок мелкий | 0,1 | 7 | 2,5 минуты |
| Песок средний | 0,5 | 50 | 20 с |
| Песок крупный | 1,0 | 100 | 10 с |
Соотношение между основными единицами измерения мутности следующее:
1 FTU(ЕМФ)=1 FNU=1 NTU
ВОЗ по показаниям влияния на здоровье мутность не нормирует, однако с точки зрения внешнего вида рекомендует, чтобы мутность была не выше 5 NTU (нефелометрическая единица мутности), а для целей обеззараживания – не более 1 NTU.
Гидрохимия. Измерение мутности
Одним из самых важных интегральных показателей в области аналитической практики является величина мутности. Данный показатель получил применение в различных сферах, таких как водоподготовка, деятельность по водоочистке, химическая и пищевая промышленности. Данный метод анализа развивался постепенно и включал в себя различные направления, стоит отметить, что величина мутности обладает разносторонними свойствами, также, существуют различные отраслевые стандарты, которые, в свою очередь, имеют узкую специализацию и ориентацию на какую-то определенную технологию (следствием всего вышеперечисленного стало появление большого множества единиц измерения мутности.
Что значительно затрудняет выбор нужного анализатора мутности).
Мутномеры и их разновидности
Рассмотрим термины (а также, пояснения к некоторым из них), которые употребляются в контексте данной тематики
В данной публикации возьмем за основу термин «мутномер», так как в конструкциях наибольшего количества устройств для анализа, используются детекторы (они отстроены для проходящего и рассеянного под различными углами относительно источника излучения).
Классификации единиц мутности и ее особенности
Конечной целью всех анализов является получение информации о содержащихся в анализируемой субстанции взвешенных веществ (размер, концентрация), обуславливающих мутность, отсюда появляется необходимость узнать единицы измерения.
От чего же зависят результаты проводимых измерений?
Основные признаки для классификации единиц измерения мутности:
Классификации единиц мутности и ее особенности
Формазиновые стандарты являются наиболее распространенными, так как формазиновая сусупензия обладает уникальными свойствами (предоставляет возможности долгого хранения и воспроизводимость), которые привели к ее широкому использованию как первичного стандарта в калибровочном процессе мутномеров. Единицы мутности на основе формазина:
Группа единиц мутности №2 – сюда попали единицы, которые выражают уровень концентрации конкретных веществ, таких как каолин, кремнезем, а может отобразить уровень других стандартов, которые характеризуют тип производства, о котором идет или происходит обеспечение наилучшей корреляции.
Говоря о выше перечисленных единицах мутности, стоит указать, что их регламентируют только используемые стандарты, но не разновидность источника, или метод детектирования.
Нефелометрия: источники излучения
Рассмотрим классификацию по виду источника излучения и методу детектирования (данная классификация относится к группам формазиновых единиц мутности):
Применение различных единиц мутности на практике
Говоря об индексах, относящихся к обозначениям единиц, стоит отметить, что они опускаются, а это означает, что важно изучить технические спецификации оборудования, чтоб иметь достоверную информацию о методе измерения. Если рассматривать факты формально, то значения FNU, которые были получены, невозможно приравнивать к NTU, так как характерные особенности рассеяния белого света имеют значительные отличия от рассеяния монохроматического излучения в ближней ИК-области. Также, стандарты USEPA и ISO в значительной степени отличаются друг от друга.
| Источник излучения | Детектирование (способы) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мутность — это потеря прозрачности воды, в следствие образования в воде органических и неорганических тонкодисперсных взвесей. Так написано в Википедии. Слишком сложно? Я расскажу проще.
Образцы с мутностью 5, 50 и 500 ЕМФ
повышенная мутность в анализе
Так вот, что мы видим:| Прозрачность | Единица измерения, см |
|---|---|
| Мутная | Более 10 до 20 |
| Средней мутности | Более 20 до 25 |
| Маломутная | Более 25 до 30 |
| Прозрачная | Более 30 |
| Очень мутная | Менее 10 |
Цветность
Цветность – показатель качества воды, обусловленный главным образом присутствием в воде гуминовых и фульфовых кислот, а также соединений железа (Fe 3+ ). Количество этих веществ зависит от геологических условий в водоносных горизонтах и от количества и размеров торфяников в бассейне исследуемой реки. Так, наибольшую цветность имеют поверхностные воды рек и озер, расположенных в зонах торфяных болот и заболоченных лесов, наименьшую – в степях и степных зонах. Зимой содержание органических веществ в природных водах минимальное, в то время как весной в период половодья и паводков, а также летом в период массового развития водорослей – цветения воды — оно повышается. Подземные воды, как правило, имеют меньшую цветность, чем поверхностные. Таким образом, высокая цветность является тревожным признаком, свидетельствующим о неблагополучии воды. При этом очень важно выяснить причину цветности, так как методы удаления, например, железа и органических соединений отличаются. Наличие же органики не только ухудшает органолептические свойства воды, приводит к возникновению посторонних запахов, но и вызывает резкое снижение концентрации растворенного в воде кислорода, что может быть критично для ряда процессов водоочистки. Некоторые в принципе безвредные органические соединения, вступая в химические реакции (например, с хлором), способны образовывать очень вредные и опасные для здоровья человека соединения.
Цветность измеряется в градусах платино-кобальтовой шкалы и колеблется от единиц до тысяч градусов – таблица 2.
Таблица 2 Характеристика вод по цветности
| Цветность | Единицы измерения, градус платино-кобальтовой шкалы |
|---|---|
| Очень малая | До 25 |
| Малая | Более 25 до 50 |
| Средняя | Более 50 до 80 |
| Высокая | Более 80 до 120 |
| Очень высокая | Более 120 |
Вкус и привкус
Вкус воды определяется растворенными в ней веществами органического и неорганического происхождения и различается по характеру и интенсивности. Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький. Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами (щелочной, металлический, вяжущий и т.п.). Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20°С и оценивают по пятибалльной системе, согласно ГОСТ 3351-74*.
Качественную характеристику оттенков вкусовых ощущений – привкуса – выражают описательно: хлорный, рыбный, горьковатый и так далее. Наиболее распространенный соленый вкус воды чаще всего обусловлен растворенным в воде хлоридом натрия, горький – сульфатом магния, кислый – избытком свободного диоксида углерода и т.д. Порог вкусового восприятия соленых растворов характеризуется такими концентрациями (в дистиллированной воде), мг/л: NaCl – 165; CaCl2 – 470; MgCl2 – 135; MnCl2 – 1,8; FeCl2 – 0,35; MgSO4 – 250; CaSO4 – 70; MnSO4 – 15,7; FeSO4 – 1,6; NaHCO3 – 450.
По силе воздействия на органы вкуса ионы некоторых металлов выстраиваются в следующие ряды:
Таблица 3 Характеристика вод по интенсивности вкуса
| Интенсивность вкуса и привкуса | Характер появления вкуса и привкуса | Оценка интенсивности, балл |
|---|---|---|
| Нет | Вкус и привкус не ощущаются | 0 |
| Очень слабая | Вкус и привкус не ощущаются потребителем, но обнаруживаются при лабораторном исследовании | 1 |
| Слабая | Вкус и привкус замечаются потребителем, если обратить на это его внимание | 2 |
| Заметная | Вкус и привкус легко замечаются и вызывают неодобрительный отзыв о воде | 3 |
| Отчетливая | Вкус и привкус обращают на себя внимание и заставляют воздержаться от питья | 4 |
| Очень сильная | Вкус и привкус настолько сильные, что делают воду непригодной к употреблению | 5 |
Запах
Запах – показатель качества воды, определяемый органолептическим методом с помощью обоняния на основании шкалы силы запаха. На запах воды оказывают влияние состав растворенных веществ, температура, значения рН и целый ряд прочих факторов. Интенсивность запаха воды определяют экспертным путем при 20°С и 60°С и измеряют в баллах, согласно требованиям.
Следует также указывать группу запаха по следующей классификации:
По характеру запахи делят на две группы:
Таблица 4 Запахи естественного происхождения
| Обозначение запаха | Примерный род запаха | Характер запаха |
|---|---|---|
| А | Ароматический | Огуречный, цветочный |
| Б | Болотный | Илистый, тинистый |
| Г | Гнилостный | Фекальный, сточный |
| Д | Древесный | Запах морской щепы, древесной коры |
| З | Землистый | Прелый, запах свежевспаханной земли, глинистый |
| П | Плесневый | Затхлый, застойный |
| Р | Рыбный | Запах рыбьего жира, рыбы |
| С | Сероводородный | Запах тухлых яиц |
| Т | Травянистый | Запах скошенной травы, сена |
| Н | Неопределенный | Запахи естественного происхождения, не подходящие под предыдущие определения |
Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибальной шкале – таблица 5.
Таблица 5 Характеристика вод по интенсивности запаха
| Интенсивность запаха | Характер появления запаха | Оценка интенсивности, балл |
|---|---|---|
| Нет | Запах не ощущается | 0 |
| Очень слабая | Запах не ощущается потребителем, но обнаруживается при лабораторном исследовании | 1 |
| Слабая | Запах замечается потребителем, если обратить на это его внимание | 2 |
| Заметная | Запах легко замечается и вызывает неодобрительный отзыв о воде | 3 |
| Отчетливая | Запах обращает на себя внимание и заставляет воздержаться от питья | 4 |
| Очень сильная | Запах настолько сильный, что делает воду непригодной к употреблению | 5 |
Водородный показатель (рН)
Водородный показатель (рН) — характеризует концентрацию свободных ионов водорода в воде и выражает степень кислотности или щелочности воды (соотношение в воде ионов Н + и ОН — образующихся при диссоциации воды) и количественно определяется концентрацией ионов водорода pH = — Ig [H + ]
Если в воде пониженное содержание свободных ионов водорода (рН>7) по сравнению с ионами ОН-, то вода будет иметь щелочную реакцию, а при повышенном содержании ионов Н + (рН 9.5
Контроль над уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его “уход” в ту или иную сторону может не только существенно сказаться на запахе, привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных мероприятий. Оптимальная требуемая величина рН варьируется для различных систем водоочистки в соответствии с составом воды, характером материалов, применяемых в системе распределения, а также в зависимости от применяемых методов водообработки.
Обычно уровень рН находится в пределах, при которых он непосредственно не влияет на потребительские качества воды. Так, в речных водах pH обычно находится в пределах 6.5-8.5, в атмосферных осадках 4.6-6.1, в болотах 5.5-6.0, в морских водах 7.9-8.3. Поэтому ВОЗ не предлагает какой-либо рекомендуемой по медицинским показателям величины для рН. Вместе с тем известно, что при низком рН вода обладает высокой коррозионной активностью, а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9.
Кислотность
Кислотностью называют содержание в воде веществ, способных вступать в реакцию с гидроксид-ионами (ОН — ). Кислотность воды определяется эквивалентным количеством гидроксида, необходимого для реакции.
В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности создают также гуминовые и другие слабые органические кислоты и катионы слабых оснований (ионы аммония, железа, алюминия, органических оснований). В этих случаях pH воды не бывает ниже 4.5.
Но общее содержание в природных водах ионов кальция и магния несравнимо больше содержания всех других перечисленных ионов – и даже их суммы. Поэтому под жесткостью понимают сумму количеств ионов кальция и магния – общая жесткость, складывающаяся из значений карбонатной (временной, устраняемой кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткости. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, вторая наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов.
В России жесткость воды выражают в мг-экв/дм 3 или в моль/л.
Карбонатная жесткость (временная) – вызвана присутствием растворенных в воде бикарбонатов, карбонатов и углеводородов кальция и магния. Во время нагревания бикарбонаты кальция и магния частично оседают в растворе в результате обратимых реакций гидролиза.
Некарбонатная жесткость (постоянная) – вызывается присутствием растворенных в воде хлоридов, сульфатов и силикатов кальция (не растворяются и не оседают в растворе во время нагревания воды).
Таблица 7 Характеристика вод по значению общей жесткости
| Группа вод | Единица измерения, ммоль/л |
|---|---|
| Очень мягкая | До 1,5 |
| Мягкая Более | 1,5 до 4,0 |
| Средней жесткости | Более 4 до 8 |
| Жесткая | Более 8 до 12 |
| Очень | жесткая Более 12 |
Щелочность
Щелочностью воды называется суммарная концентрация содержащихся в воде анионов слабых кислот и гидроксильных ионов (выражена в ммоль/л), вступающих в реакцию при лабораторных исследованиях с соляной или серной кислотами с образованием хлористых или сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов.
Сульфаты
Сульфаты (SO4 2- ) – наряду с хлоридами являются наиболее распространенными видами загрязнения в воде. Они поступают в воду вследствие вымывания осадочных горных пород, выщелачивания почвы и иногда вследствие окисления сульфидов и серы – продуктов расклада белка из сточных вод. Большое содержание сульфатов в воде может быть причиной болезней пищеварительного тракта, а также такая вода может вызывать коррозию бетона и железобетонных конструкций.
Двуокись углерода
Двуокись углерода (CO2) – в зависимости от реакции pH воды может быть в следующих видах:
Агрессивная двуокись углерода – это часть свободной двуокиси углерода (CO2), которая необходима для удержания растворенных в воде углеводородов от разложения. Она очень активна и вызывает коррозию металлов. Кроме того, приводит к растворению карбоната кальция СаСО3 в строительных растворах или бетоне и поэтому ее необходимо удалять из воды, предназначенной для строительных целей. При оценке агрессивности воды, наряду с агрессивной концентрацией двуокиси углерода, следует также учитывать содержание солей в воде (солесодержание). Вода с одинаковым содержанием агрессивного CO2, тем более агрессивна, чем выше ее солесодержание.
Растворенный кислород
Поступление кислорода в водоем происходит путем растворения его при контакте с воздухом (абсорбции), а также в результате фотосинтеза водными растениями. Содержание растворенного кислорода зависит от температуры, атмосферного давления, степени турбулизации воды, минерализации воды и др. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода может колебаться от 5 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.
Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания и называется степенью насыщения кислородом. Этот параметр зависит от температуры воды, атмосферного давления и уровня минерализации. Вычисляется по формуле: M = (a×0,1308×100)/N×P, где
М – степень насыщения воды кислородом, %;
а – концентрация кислорода, мг/дм 3 ;
Р – атмосферное давление в данной местности, МПа.
N – нормальная концентрация кислорода при данной температуре и общем давлении 0,101308 МПа, приведенная в следующей таблице:
Таблица 8 Растворимость кислорода в зависимости от температуры воды
| Температура воды, °С | мг О2/дм 3 |
|---|---|
| 0 | 14,6 |
| 10 | 14,6 |
| 20 | 9,1 |
| 30 | 7,5 |
| 40 | 6,5 |
| 50 | 5,6 |
| 60 | 4,8 |
| 80 | 2,9 |
| 100 | 0,0 |
Окисляемость
Окисляемость – это показатель, характеризующий содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых сильным окислителем. Окисляемость выражается в мгO2 необходимого на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм 3 исследованной воды.
Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную (1 мг KMnO4 соответствует 0,25 мг O2), бихроматную, иодатную, цериевую. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным и иодатным методами. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах – как правило, бихроматную окисляемость (называемую также ХПК – химическое потребление кислорода). Окисляемость является очень удобным комплексным параметром, позволяющим оценить общее загрязнение воды органическими веществами. Органические вещества, находящиеся в воде весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам. Их состав формируется как под влиянием биохимических процессов протекающих в водоеме, так и за счет поступления поверхностных и подземных вод, атмосферных осадков, промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О2 на литр воды.
Подземные же воды имеют в среднем окисляемость на уровне от сотых до десятых долей миллиграмма О2/дм 3 (исключения составляют воды в районах нефтегазовых месторождений, торфяников, в сильно заболоченных местностях, подземных вод северной части РФ).
Электропроводность
Электропроводность – это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от степени минерализации (концентрации растворенных минеральных солей) и температуры. Благодаря этой зависимости, по величине электропроводности можно с определенной степенью погрешности судить о минерализации воды. Такой принцип измерения используется, в частности, в довольно распространенных приборах оперативного измерения общего солесодержания (так называемых TDS-метрах).
Дело в том, что природные воды представляют собой растворы смесей сильных и слабых электролитов. Минеральную часть воды составляют преимущественно ионы натрия (Na + ), калия (K + ), кальция (Ca2 + ), хлора (Cl — ), сульфата (SO4 2- ), гидрокарбоната (HCO3-).
Электропроводность не нормируется, но величина 2000 мкС/см примерно соответствует общей минерализации в 1000 мг/л.
Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал, Eh)
Подземные воды классифицируются:
