Мутность

Мутность природной воды обусловлена присутствием нерастворенных и коллоидных веществ неорганического и органического происхождения, т. е. примесями, относящимися по степени дисперсности к первой и второй группам классификации Кульского.

Мутность определяют визуальным и инструментальным путем, при этом сравнивают со стандартными суспензиями. Результат выражают в мг / дм³ при использовании стандартной суспензии каолина (диапазон измерений 0 – 5 мг / л.) или в ЕМ / дм³ при использовании стандартной суспензии формазина (диапазон измерений 0 – 9 ЕМ). 1,5 мг / дм³ каолина соответствуют 2,6 ЕМ / м³ формазина.

При визуальном определении мутности в стеклянные цилиндры с дном из оптически чистого материала наливают одинаковые объемы пробы и стандартной суспензии. Суспензию прибавляют до одинаковой мутности содержимого в обоих цилиндрах при просматривании их сверху вниз с помощью мутномера.

При фотометрическом определении используют фотометр, оптические кюветы с длиной оптического пути 5-10см. измеряют оптическую плотность D=lg(I₀/I), где I₀ и I - интенсивность света до и после его прохождения через слой раствора, суспензии или вещества в проходящем свете при длине волны =540нм.

Информация о формазине:

В 1926 году Кингсбери и Кларк создали формазин, который является почти идеальным веществом для приготовления стандартных суспензий. Для приготовления формазина требуется растворить точную навеску 5,00 г сульфата гидразина и 50,00 г гексаметилентетрамина в одном литре дистиллированной воды (рис. 1).

Рис. 1. Синтез формазина

Раствор становится мутным после выстаивания в течение 48 часов при 25 ^°С. При идеальных температурных условиях и освещении эта смесь может быть приготовлена многократно с точностью ± 1%. Формазин - единственный стандарт, который можно приготовить из контролируемых исходных веществ. Все прочие стандарты, альтернативные или вторичные следует контролировать по формазину. Первичные стандарты мутности, получаемые прямым синтезом суспензии формазина в приняты водном хозяйстве и других связанных отраслях промышленности.

Формазин обладает несколькими свойствами, которые делают его идеальным стандартом для турбидиметрии. Во-первых, его можно воспроизводимо готовить из контролируемых исходных веществ. Во-вторых, физические свойства желательны для стандарта в турбидиметрии. Формазин - это полимер, состоящий из цепочек разной длины, которые свернуты в различных конфигурациях. Это дает широкий спектр фирм и размеров частиц от менее 0,1 до более 10 мкм. Исследования распределения частиц по размерам показывают нерегулярное распределение в различных стандартах, но статистика нефелометрических определений воспроизводима. Такое множество форм и размеров частиц хорошо аналитически сочетается с возможными размерами и формами частиц в реальных образцах. Благодаря хорошей воспроизводимости рассеяния белого света в формазиновой суспензии, приборы, использующие в качестве источника света лампу накаливания, калибруются с высокой точностью и хорошей воспроизводимостью. Многообразие форм и размеров частиц в стандартах на основе формазина приводит к статистически воспроизводимому рассеянию света в турбидиметрах всех типов и моделей. Благодаря воспроизводимости рассеяния и возможности контролировать процесс приготовления формазина, способы калибровки турбидиметров и критерии эффективности были повсеместно приведены к данному стандарту.

Стабилизированные стандарты мутности на основе формазина StabCal^™. Это относительно новые стандарты, разработанные для калибровки или проверки характеристик любого турбидиметра. В Стандартах мутности StabCal^™ рассеяние света происходит на таком же полимере, что и в обычных стандартах формазиновых мутности. Поскольку используется другая матрица, формазин в стандартах StabCal^™ стабилизирован и со временем не деградирует, как в случае с традиционными стандартами низких значений мутности. Благодаря улучшенной стабильности, стандарты StabCal^™любой концентрации до 4000 NTU могут производиться и поставляться готовыми к использованию.

Стандарты мутности StabCal^™ имеют ряд преимуществ переl традиционным формазином и прочими вторичными стандартами. Во-первых, они стабильны, как минимум, два года. Во-вторых, стандарты StabCal^™ приготовляются в особых концентрациях, исключающих утомительные и чувствительные к методике приготовления посредством ряда точных разбавлений. В-третьих, в стандартах StabCal^™ такое же распределение частиц, как и в формазине, и ими можно напрямую заменить формазин. Соответственно, стандарты StabCal^™ имеют определенные концентрации, которая не зависит от типа прибора. На рис. 6 показано сравнение характеристик стандартов StabCal^™ и формазина в диапазоне от 1 до 5 NTU на различных турбидиметрах. И, наконец, стандарты StabCal^™ готовятся из простых веществ и могут считаться первичными стандартами.

При нефелометрическом определении измеряют интенсивность светорассеяния под определенным углам (обычно 90 градусов).

Наличие в воде нерастворенных и коллоидных примесей можно оценить и по степени прозрачности пробы, которую определяют в цилиндрах из бесцветного стекла высотой 30-50 см с плоским дном. Используют методики определения «по кресту» или «по шрифту».

При определении «по кресту» на дне трубы (цилиндра) находится белый фарфоровый диск с крестом из черных линий толщиной 1мм с черными точками диаметром 1 мм в каждой четверти диска. Трубу заполняют водой до уровня, при котором крест становится невидимым, затем воду сливают до появления в поле зрения точек. Прозрачность воды характеризуется толщиной ее слоя в сантиметрах в момент появления точек.

При определении «по шрифту» после взбалтывания пробы цилиндр устанавливают на расстоянии 40 мм над шрифтов с высотой букв 3,5 мм. Воду спускают или добавляют до появления в поле зрения шрифта. Прозрачность воды соответствует высоте ее столба в сантиметрах.

Содержание взвешенных веществ. Под взвешенными веществами понимается количество загрязнений, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтрации пробы (при атмосферном давлении или слабом разряжении). Для фильтрования загрязненных вод используют самый пористый фильтр типа «белая лента», а при исследовании воды с загрязнением не более 25 мг/л - тонкие мембранные фильтры. Фильтр со взвешенными веществами высушивается при 105^оС до постоянного веса, и по разнице веса фильтра определяется количество взвешенных веществ в воде.

Цветность - показатель, обусловленный наличием в воде гуминовых и фульвокислот и их растворимых солей, а также присутствием соединений железа. Количество примесей, определяющих цветность воды, зависит от многих факторов и главным образом от наличия торфяников в бассейне водоисточника.

Поскольку нет прямого соответствия между цветностью и количеством органических веществ, вызывающих окраску, степень цветности выражают не в мг/л, а в градусах.

Измерение производят либо визуально, либо фотометрически. При визуальном определении профильтрованные пробы воды сравнивают (на белом фоне) со стандартными растворами, приготовленными из смеси солей хлорплатината калия K₂PtCl₆ и хлорида кобальта CoCl₆ (платино-кобальтовая шкала). Окраска воды, соответствующая окраске стандартного раствора, который содержит 0,1 мг платины в 1 мл, оценивается в 1 градус цветности. В качестве стандартного можно применять также раствор, приготовленный из бихромата калия K₂Cr₂O₇ и сульфата кобальта CoSO₄ .

При фотометрическом определении исследуемую воду, при необходимости профильтрованную, помещают в кювету с длиной оптического пути 5-10 см и фотометрируют при длине волны 364 нм. Величину цветности определяют по калибровочному графику.

Цветность речных вод колеблется в больших пределах - от 35 до 55 град, достигая в отдельных случаях 200 град и выше.

Необходимо отметить, что при наличии в воде коллоидных и взвешенных частиц оптическая плотность D() является суммой оптической плотности растворенных веществ D_раств() и оптической плотности взвешенных (и коллоидных) частиц D_взв():

(1)

Предполагается, что при =540 нм (где ведется определение мутности), светопоглощение практически равно нулю, поэтому

(2)

Оптическая плотность взвеси определяется выражением

, (3)

где С - концентрация взвеси, - длина оптического пути, d - средний диаметр частиц, - длина волны падающего света, К и  - константы, зависящие от природы взвеси и метода измерения.

Отсюда следует, во-первых, что если дисперсность примесей воды не совпадает с дисперсностью эталонной суспензии (по которой строится градуировочная кривая для определения мутности), то и истинная концентрация взвешенных (коллоидных) примесей воды не равна концентрации, определенной по градуировочному графику.

Во-вторых, если известен размер примесных частиц в воде, то определив D_взв(540), можно рассчитать D_взв(364). Затем вычесть полученное значение из суммарной оптической плотности D(364) (измеренной на фотометре) и найти D_раств(364). Отсюда по градуировочной прямой D_раств(364)=f (цветности) можно определить истинное значение цветности воды.

Если размер примесей неизвестен, но они относятся к коллоидной области (т.е. d⁴<<⁴), то lg D_взв = K^// lg . Тогда можно инструментально определить зависимость D = f() в диапазоне 350-600 нм, построить ее в двулогарифмических координатах , выделить линейный участок в длинноволновом диапазоне и продлить его в область более коротких длин волн (до 350нм). Полученная линейная зависимость отвечает спектру светорассеяния в двулогарифмических координатах. Из точки, соответствующей lg 364, следует опустить перпендикуляр до пересечения с полученной прямой, и по значению lg D_взв(364), найти D_взв(364). Затем по разности (D(364) - D_взв(364)) можно найти D_раств(364), т.е. оптическую плотность, отвечающую цветности пробы.

Если не вносить поправку на вклад светорассеяния при определении цветности пробы оптическим путем, то практически всегда будут получаться завышенные данные, поскольку фильтрация природной (питьевой) воды через бумажный или стеклянный фильтр не освобождает ее от коллоидных примесей, на которых будет рассеиваться свет. Эффективное удаление можно обеспечить применяя трековые мембраны с диаметром пор 60-80 нм.

Следует отметить, что удаление коллоидных примесей не всегда можно считать правомерной процедурой, поскольку окрашенные соединения сами могут находится в коллоидном виде, либо присутствовать в составе (например, адсорбироваться на поверхности) коллоидных частиц.

Вместе с тем, давно назрела необходимость введения такого отдельного показателя качества природных и питьевых вод как концентрация коллоидных примесей. Исследования, проводимые на кафедре биофизики СПбГТУ, а затем на каф. ГСиПЭ, показали, что на протяжении 15 лет независимо от времени года концентрация коллоидных частиц (размером ~ 100 – 200 нм) в водопроводной воде Санкт-Петербурга составляет от ~10⁷ до 410⁸ см^-3. Показано также, что высокая устойчивость к агрегации обусловлена тем, что частицы стабилизированы гуминовыми соединениями. Как известно, гуминовые соединения активно адсорбируют ионы тяжелых металлов, а при хлорировании питьевой воды с участием гуминовых соединений могут образоваться мутагенные, тератогенные, канцерогенные хлорорганические соединения. Таким образом, коллоидные примеси питьевой воды, содержащие гуминовые соединения, представляют опасность для здоровья людей. Кроме того, на кафедре ГСиПЭ показано, что в состав коллоидных частиц водопроводной воды входит также белковая компонента, что обусловливает их потенциальную аллергенность. Концентрацию коллоидных частиц обозначенных размеров, а также их распределение по размерам можно определять с помощью поточного ультрамикроскопа с лазерным освещением - подобная компактная установка создана на кафедре биофизики СПбГТУ, в качестве источника света используется гелий-неоновый лазер мощностью 2мВт.

Реакция среды.

Мерой активной реакции среды является водородный показатель рН (р - начальная буква слова potenz - показатель). рН - это десятичный логарифм активности водородных ионов, взятый с отрицательным знаком:

рН = - lg a_H+ (4)

Вода является слабым электролитом и диссоциирует согласно уравнению (5) (упрощенный вариант):

H₂O  H⁺ + OH^- (5)

Термодинамическая константа диссоциации воды равна:

K (H₂O) = a(H⁺)a(OH^-) / a(H₂O) (6)

Активность воды в водных растворах остается практически постоянной ( ), поэтому можно ввести новую константу , которую называют ионное произведение воды:

= K (H₂O)  a(H₂O) (7)

При 25^оС =110^-14; оно растет с ростом температуры.

В электронейтральной среде a(H⁺) = a(OH^-) поэтому рН=рОН=7.

В кислых растворах a(H⁺)>10^-7моль/л, т.е. рН<7. В щелочных растворах a(H⁺)<10^-7моль/л, т.е. рН >7.

Вода хозяйственно-питьевого назначения должна иметь рН 6,5-8,5. Такое требование связано с необходимостью удовлетворения физиологических потребностей человека и исключения коррозии материалов труб и сооружений. Для большинства природных водоисточников величина рН не выходит за эти пределы.

Значения рН определяют электрометрически (потенциометрически) с помощью лабораторного рН-метра. Обычно используют стеклянный электрод, потенциал которого однозначно зависит от концентрации ионов водорода в растворе. В паре со стеклянным используют вспомогательный хлорсеребряный электрод.

Кроме понятия активной кислотности, обусловленной присутствием в растворе свободных ионов водорода, пользуются также понятием «общая кислотность» или «титруемая» или «аналитическая». Кислотностью называется содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с гидроксил-ионами. Расход гидроксида выражает общую кислотность воды. В обычных природных водах кислотность в большинстве случаев зависит только от содержания свободного диоксида углерода. Естественную часть кислотности могут создавать также гуминовые и другие слабые органические кислоты. В этих случаях рН воды не бывает ниже 4,5.

В загрязненных водоемах могут содержаться большие количества сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях рН может быть ниже 4,5. Часть общей кислотности, снижающая рН ниже 4,5, называется свободной.

Кислотность воды определяют титрованием раствором сильного гидроксида. Обычно используют 0,1N раствор щелочи, для более точного определения - 0,01N раствор. Количество титрованного раствора, израсходованного до получения рН 4,5, соответствует свободной кислотности; количество, израсходованное до получения рН 8,3, соответствует общей кислотности. Если рН воды больше 8,3, то ее кислотность равна нулю.

Конечную точку титрования определяют визуально или электрометрически. Кислотность выражают в мг-экв/л.

При визуальном определении свободной кислотности к 100 мл пробы добавляют 0,1мл раствора метилового оранжевого и титруют 0,1N (0,01N) раствором NaOH до появления желтой окраски индикатора.

При электрометрическом титровании используют рН-метр со стеклянным индикаторным электродом и хлорсеребряным (или каломельным) электродом сравнения. Титруют пробу в высоком стакане с магнитной мешалкой до рН 4,5.

При визуальном определении общей кислотности к 100 мл пробы добавляют 0,15 мл раствора фенолфталеина и тируют 0,1N (0,01N) раствором гидроксида натрия до появления розовой окраски индикатора.

При электрометрическом определении используют рН-метр и титруют до рН 8,3.

Визуальному определению конца титрования мешает окраска и мутность пробы, а также свободный хлор, обесцвечивающий индикатор.

В точке эквивалентности количество титранта (в мг-экв) химически эквивалентно количеству реагирующего с ним вещества. Если положить, что конечная точка титрования и есть точка эквивалентности, то:

(8)

где С_к - концентрация кислоты - кислотность свободная (С) или общая, [мг-экв/л];

V_пр - объем пробы, взятой на титрование [л];

С_щ - концентрация щелочи [мг-экв/л];

V_щ - объем щелочи, израсходованной на титрование [л],

тогда : (9)

Щелочность - содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, т.е. с ионами водорода. На щелочность воды оказывают влияние состояние соединений углекислоты. Углекислота может присутствовать в форме недиссоциированных молекул Н₂ СО₃ (в малых количествах), молекулярно растворенного диоксида углерода СО₂ и гидрокарбонатов (бикарбонатов) НСО₃ ^- , если рН воды меньше 8,4, и в виде гидрокарбонатов и карбонатов СО₃ ^2- , если рН больше 8,4.

При рН3,7-4 вся находящаяся в воде углекислота представлена только диоксидом углерода СО₂ . По мере повышения рН доля СО₂ уменьшается, следовательно, возрастает доля гидрокарбонатов. При рН 8,3-8,4 практически вся углекислота находится в виде гидрокарбрнатов, а на долю СО₂ и СО₃^2- приходится менее 2%. При повышении рН сверх 8,4 свободного СО₂ нет, есть только гидрокарбонат- и карбонат-ионы. При рН выше 12 в растворе находятся только карбонаты.

Экспериментально щелочность определяют титрованием соляной или серной кислотой последовательно с фенолфталеином и метиловым оранжевым. При рН 8,2-8,4 окраска фенолфталеина переходит из розовой в бесцветную. Метилоранж меняет окраску при рН 4-4,3, т.е. когда в растворе остается свободный диоксид углерода.

При титровании в присутствии фенолфталеина протекает реакция нейтрализации ОН^- и СО₃^2- -ионов:

ОН^- + Н⁺  Н₂О; (10)

СО₃^2- + Н⁺  НСО₃ ^- , (11)

т.е. расход кислоты эквивалентен содержанию гидроксидов и половины карбонатов (в мг-экв/л), т.к. последние нейтрализуются до НСО₃ ^- .

Т.о. свободная щелочность воды

Ф = [ОН^-] + 0,5[СО₃^2-], (12)

где [ОН^-] и [СО₃^2-] - концентрации гидроксильных и карбонатных ионов в мг-экв/л.

При дальнейшем титровании в присутствии метилового оранжевого происходит реакция нейтрализации гидрокарбонатов:

НСО₃ ^- + Н⁺  СО₂ + Н₂О. (13)

Т.о., общая щелочность воды

М = [ОН^-] + [СО₃^2-], [мг-экв/л]. (14)

Если рН воды меньше 4-4,3, то ее щелочность равна нулю.

Воды рек средней полосы европейской части страны имеют рН~7,8. Щелочность этой воды обычно составляет 3-4 мг-экв/л.

Углекислотные соединения обусловливают и такое свойство воды, как ее агрессивность, которая выражается в разрушающем действии воды на металлы и даже на бетон.

Сухой остаток и потери при прокаливании

Под сухим остатком природных вод понимают общую сумму неорганических и органических соединений в растворенном или коллоидном состоянии, температура кипения которых превышает 110^оС, нелетучих с водяным паром и не разлагающихся при указанной температуре.

Сухой остаток определяют выпариванием предварительно профильтрованной пробы и последующим высушиванием при 105^оС.

Потери при прокаливании показывают количество органических и минеральных веществ, улетучивающихся или разлагающихся при прокаливании в течение 30 минут при 600^оС.

Потери при прокаливании определяют как разность между количеством взвешенных веществ, обнаруженных при высушивании (105^оС) и после прокаливании в муфельной печи (600^оС).

Величина прокаленного остатка дает ориентировочное представление о минеральном составе воды; величина потерь при прокаливании - о количестве органических соединений.

Ионный состав

Общее солесодержание природных вод в большинстве случаев определяется в основном катионами Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ и анионами НСО₃ ^- , SO^2-, Cl^-. Остальные ионы присутствуют в воде в незначительных количествах, хотя их влияние на свойства воды иногда очень велико. Поскольку вода электронейтральна, то сумма положительных ионов равна сумме отрицательных ионов:

[Na⁺] + [K⁺] +[Ca²⁺] + [Mg²⁺]  [НСО₃ ^-] +[SO₄^2-] + [Cl^-] (15)

Сульфаты, хлориды, силикаты

Естественное содержание сульфатов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами, происходящими в водоносных слоях. В речной воде концентрация сульфатов обычно составляет 100-150 мг/л. В воде источников централизованного водоснабжения содержание сульфат-ионов не должно превышать 500 мг/л.

Сульфаты можно определять путем осаждения их в кислой среде хлоридом бария. Осадок сульфата бария отфильтровывают, прокаливают и взвешивают. При турбидиметрическом или нефелометрическом определении сульфата бария используют гликоль (этиленгликоль) в качестве стабилизатора.

Содержание хлоридов естественного происхождения колеблется в природных водах в широких пределах. Однако в воде рек концентрация хлоридов невелика - обычно она не превышает 10-30 мг/л.

В воде источников централизованного водоснабжения концентрация хлоридов на должна превышать 350 мг/л.

Ограничение верхнего предела содержания сульфатов и хлоридов обусловлено тем, что более высокие концентрации этих ионов придают воде солоноватый привкус и могут вызвать нарушение в работе желудочно-кишечного тракта у людей. При некоторых соотношениях сульфатов и хлоридов вода становится агрессивной по отношению к различным типам бетона.

Хлориды можно определять при их титриметрическом осаждении в нейтральной или слабощелочной среде нитратом серебра в присутствии хромата калия в качестве индикатора. После осаждения избыток ионов серебра образует оранжево-красный осадок хромата серебра.

Содержание силикатов в природных водах зависит от геологических условий и присутствия некоторых организмов. Кремневая кислота в природных водах может находиться в форме метакремниевой Н₂SiO₃ (SiO₂H₂O) , ортокремневой H₄SiO₄ (SiO₂2H₂O ) и поликремневой H₂Si₂O₅ (2SiO₂H₂O). Все эти кислоты при обычных для природных вод значениях рН малорастворимы и присутствуют в воде в коллоидном состоянии. Силикаты - нежелательная примесь в воде, питающей котлы, т.к. дает силикатную примесь на стенках котлов.

Кремнекислоту в природных водах можно определять фотометрическим методом, основанном на образовании кремнемолибденового комплексного соединения, окрашенного в желтый цвет.

Соединения железа и марганца

Концентрация железа в поверхностных и подземных водах зависит от геологического строения и гидрогеологических условий бассейна.

Соединения железа в воде присутствуют в растворенной, коллоидной и нерастворенной форме. В виде свободных ионов трехзарядное железо может находиться в очень небольших концентрациях, необходимым условием при этом является низкое значение рН. Это условие не характерно для природных вод, поэтому большая часть Fe³⁺ присутствует в коллоидной форме и в виде среднедисперсной суспензии. В подземных водах железо присутствует в виде двухзарядных ионов, которые при соединении с растворенным кислородом переходят в трехзарядную форму и образуют малорастворимый гидроксид железа Fe(OH)₃ .

В водах рек средней части России содержание железа варьирует в пределах 0,1-1 мг/л.

В питьевой воде допускается концентрация железа не выше 0,3 мг/л. Повышенное содержание железа ухудшает вкус питьевой воды, вызывает отложение осадка в трубах и их зарастание.

Общее железо обычно определяют фотометрически с применением ортофенантролина, сульфосалициловой кислоты или роданида натрия.

Наличие марганца сверх допустимой нормы (0,1 мг/л) ухудшает органолептические свойства питьевой воды. В поверхностных и питьевых водах все формы марганца определяют фотометрически, путем окисления солей марганца до перманганат-ионов.

Жесткость

Общая жесткость воды характеризует концентрацию катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния:

Ж_о = [Ca²⁺] /20,04 + [Mg²⁺] /12,16 , (16)

где 20,04 и 12,16 - грамм-эквивалентные массы кальция и магния, соответственно.

Наличие кальция и магния в природных водах определяется воздействием углекислого газа на карбонатные минералы, а также биохимическими процессами, происходящими в почве.

Карбонатной жесткостью Ж_к называется количество кальция и магния, эквивалентное содержанию гидрокарбонатов НСО₃^-.

Если количество в воде НСО₃^- превышает содержание кальция и магния, то Ж_к эквивалентна содержанию Ca и Mg.

Т.о. при [НСО₃^-]/61,02 = [Ca²⁺] /20,04 + [Mg²⁺] /12,16 ,

карбонатная жесткость Ж_к = [Ca²⁺] /20,04 + [Mg²⁺] /12,16 .

Если Ca²⁺] /20,04 + [Mg²⁺] /12,16 > [НСО₃^-]/61,02, то карбонатная жесткость Ж_к равна концентрации гидрокарбоната.

Содержание кальция и магния, эквивалентное концентрации всех остальных анионов, называется некарбонатной жесткостью Ж_нк .

Ж_нк = Ж_о - Ж_к (17)

Природные воды по жесткости делятся на мягкие (Ж<4 мг-экв/л), средней жесткости (4-8 мг-экв/л), жесткие (8-12 мг-экв/л), очень жесткие (> 12мг-экв/л). Питьевая вода должна иметь жесткость не более 7 мг-экв/л. Более жесткая вода в определенных пределах не является вредной для здоровья и не вызывает ухудшения вкусовых качеств воды. Более того, слишком мягкая вода приводит к нарушению сердечной деятельности и к иммунной недостаточности.

Использование жесткой воды для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств: образуется накипь на стенках варочной посуды, медленно развариваются мясо и овощи, увеличивается расход мыла при стирке. Жесткая вода непригодна для систем оборотного водоснабжения, для питания паровых котлов, для производства высокосортной целлюлозы, искусственного волокна и т.д.

Жесткость воды (концентрацию кальция и магния) можно определять методом, основанным на связывании ионов кальция и магния в комплексные соединения, сопровождающееся изменением окраски индикатора.

Соединения азота и фосфора

Азот может находиться в составе органических (белковых и небелковых) и неорганических соединений - в виде аммонийного, нитритного и нитратого азота.

Повышенное содержание в природной воде органического азота или его аммонийной формы является следствием загрязнения водоисточника сточными (бытовыми или производственными) водами. Наличие окисленных форм азота (в особенности нитратов) свидетельствует либо об их неорганическом происхождении, либо о ликвидации внесенного загрязнения.

Содержание азота аммонийных солей колеблется в речных водах от 0 до 1 мг/л.

Ионы аммония можно определять по способности образовывать окрашенные соединения с щелочным раствором йодида ртути. Нитриты и нитраты также дают окрашенные соединения при взаимодействии с определенными реактивами и поэтому могут определяться фотометрически.

Фосфор присутствует в природной воде в виде минеральных и органических соединений и может находиться в растворенном, коллоидном и суспензированном состоянии.

Содержание соединений фосфора в чистой воде обычно ен превышает сотых долей миллиграмма в литре. Повышенное содержание фосфора наблюдается при смыве удобрений с сельскохозяйственных полей, при спуске сточных вод. Общий фосфор можно определять фотометрическим путем после окисления пресульфатом.

Перманганатная окисляемость

Окисляемость - это величина, характеризующая общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильным окислителем, например, бихроматом, перманганатом и др. Поскольку свойства окислителей и оптимальные условия их действия (температура, рН и др.) разные, то результаты определения окисляемости одной и той же воды с помощью различных окислителей обычно различаются.

Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость называют «химическим потреблением кислорода» (ХПК). Большинство соединений окисляется бихроматом на 95-100%. Однако бензол, толуол, пиридин и некоторые другие соединения не окисляются бихроматом калия, даже в присутствии катализатора.

Перманганатная окисляемость - обобщенный показатель, характеризующий содержание в воде легкоокисляемых органических и некоторых неорганических соединений (нитрины, сульфиты, двухзарядное железо). Метод (Кубеля) основан на окислении веществ, присутствующих в воде, 0,01N раствором перманганата калия в сернокислой среде при кипячении. Под окисляемостью понимают количество кислорода, эквивалентное расходу перманганата калия.

Артезианские воды обычно имеют окисляемость, не превышающую 1-2 мг/л; в поверхностных водах ее значение может достигать 10-12 мг/л. Перманганатная окисляемость питьевой воды не должна превышать 5мг/л.

Растворенные газы

В воде природных источников чаще всего присутствуют кислород, диоксид углерода и сероводород.

Содержание растворенного в воде кислорода зависит от атмосферного давления, температуры, концентрации растворенных солей, глубины, интенсивности процессов фотосинтеза. В открытых незагрязненных водоемах количество растворенного кислорода близко к насыщению и составляет 8-9 мг/л. Содержание растворенного кислорода можно определять йодометрическим (по Винклеру) или полярографическим методом.

Сероводород содержится в некоторых подземных водах. В поверхностных водах сероводород появляется вследствие их загрязнения стоками.

Соединения сероводорода в воде могут находиться в виде молекулярно растворенного Н₂S, гидросульфидов HS^- и сульфидов S^2-; их соотношение зависит от кислотности среды. При наличии в воде железа и сероводорода образуется тонкодисперсный осадок сульфида железа FeS. Такой процесс реализуется иногда в тупиковых участках водопроводной сети.

Сероводород - токсичный газ, придает воде неприятный запах, его присутствие в хозяйственно-питьевых водах не допускается.

Сероводород в природных водах определяют фотометрическим методом с N,N-диметил-п-фенилендиамином.

Соединения фтора и йода

Недостаток и избыток соединений фтора и йода в питьевой воде приводит к развитию ряда заболеваний. Так, недостаток фтора усиливает кариес зубов, избыток - обусловливает почернение и разрушение эмали зубов. Оптимальная концентрация фтора в питьевой воде составляет 0,7-1,2мг/л, предельно допустимая - 1,2 или 1,5 мг/л (в зависимости от климатической зоны).

Фториды в природных водах допускается определять фотометрическим, флуориметрическим, потенциометрическим и др. методами.

Отсутствие или недостаточное содержание йода (менее 10^-8 мг/л) может вызывать появление эндемического зоба. Суточная потребность организма человека в йоде составляет 0,003мг.

Токсичные соединения

К числу токсичных веществ, содержание которых в воде строго лимитируется, относятся бериллий, молибден, мышьяк, свинец, селен, стронций, нитраты. Если в воде присутствует несколько токсичных веществ, то их суммарная концентрация, выраженная в долях от нормативов ПДК, на должна превышать единицу:

С₁/ПДК₁ + С₂/ПДК₂ + С₃/ПДК₃ + ... + С_n/ПДК_n  1 (18)

Санитарно-бактериологические показатели

В глубоко залегающих, очень чистых артезианских водах бактерии почти полностью отсутствуют. Микронаселение воды открытых водоемов меняется по сезонам года и отличается количеством и видовым разнообразием. Бактериальное загрязнение поверхностных источников в основном определяется поверхностными стоками, поступающими с площади водосбора, и сточными водами. Патогенные микроорганизмы попадают в воду с выделениями людей и животных, при стирке белья, водопое скота.

Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух основных показателей: микробного числа и числа бактерий группы Coli. Микробное число отражает обсемененность воды аэробными сапрофитами и определяется методом посева на мясопептонный агар. Согласно последнему нормативному документу (СанПин 2.1.4.559.-96), в 1 мл питьевой воды должно содержаться не более 50 образующих колонии бактерий.

Бактерии группы Coli относятся к семейству энтеробактерий. Они являются постоянными обитателями кишечника человека и животных ; постоянно и в большом количестве выделяются во внешнюю среду; дольше, чем патогенные микроорганизмы, сохраняют жизнеспособность в этой среде; более устойчивы к действию хлора, чем возбудители большинства инфекций. Поэтому бактерии группы Coli и используют в качестве санитарно-показательных микроорганизмов. Для определения их количества применяют фуксин-сульфитный агар (среду Эндо). Согласно последнему ГОСТу (1982г.) анализировали 1 литр воды (разделенный на три равные порции). Пробы воды предварительно концентрировали на мембранных фильтрах, которые помещали на агаризованную питательную среду. Результат выражали в виде коли-индекса - числа бактерий в 1л воды (соответствующих числу выросших колоний из 1 литра воды). Коли-индекс водопроводной воды должен быть не более 3.

По СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества" (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 26 сентября 2001 г. N 24) проводится трехкратное исследование по 100 мл отобранной пробы воды. Норматив на питьевую воду требует отсутствия колиформных бактерий в 100 мл воды (в каждой из трех порций одной и той же воды).

В питьевой воде в некоторых случаях полагается определять также и другие санитарно-эпидемиологические показатели, такие как энтеровирусы (колифаги), споры сульфитредуцирующих клостридий, цисты лямблий.

Допустимый коли-индекс источников водоснабжения зависит от предполагаемого способа очистки. Если предполагается только хлорирование воды, то коли-индекс в источнике не должен превышать 1000; при полной очистке воды - 10000.

Гидробиологические показатели

В поверхностных водоисточниках путем микроскопирования определяется число клеток фито- и зоопланктона. Эти показатели существенно зависят от времени года. В весенне-летний период интенсивного цветения водоемов содержание фитопланктона может достигать 50тысяч клеток в 1 мл воды. Летом зоопланктон отличается большим разнообразием и представлен низшими ракообразными, коловратками, личинками моллюска дрейссены. В воде могут оказаться и бентосные организмы: черви, личинки насекомых. В зимний период в воде встречаются, в основном, низшие ракообразные.

В воде источников встречаются также организмы, видимые невооруженным глазом. В питьевой воде как планктонные, так и видимые глазом организмы, должны отсутствовать.