Анализ качества питьевой воды

Подождите немного. Документ загружается.

зрение). Наиболее значимые из этих параметров – вкус и запах – не поддаются

формальному измерению, поэтому их определение производится экспертным

путем. Кроме вкуса и запаха выделяют такие показатели как привкус, цветность,

мутность и прозрачность.

2.1.1.1.Запах и привкус

Химически чистая вода совершенно лишена привкуса и запаха. С научной

точки зрения, запах и привкус – свойство веществ вызывать у человека и

животных специфическое раздражение рецепторов слизистой оболочки

носоглотки и языка. Привкус может быть щелочной, металличесикй, вяжущий и

т.п.

2.1.1.2. Вкус

Вкус воды определяется растворенными в ней примесями органического и

неорганического происхождения, различается по характеру и интенсивности.

Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий и горький. Все

другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.

2.1.1.3. Цветность

Цветностью называют показатель качества воды, характеризующий

интенсивность окраски воды.

2.1.1.4. Мутность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных взвесей

органического и неорганического происхождения. Главным отрицаетльным

следствием высокой мутности является то, что она защищает микроорганизмы

при ультрафиолетовом обеззараживании и стимулирует рост бактерий.

2.1.1.5. Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание воды) обусловлена ее цветом и

мутностью, то есть содержанием в различных окрашенных и взвешенных

органических и минеральных веществ. Воду в зависимости от степени

прозрачности подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую,

опалесцирующую, слегка мутную, мутную и сильно мутную. Определение

прозрачности воды – обязательный компонент программ наблюдений за

состоянием водных объектов.

2.1.2. Физико-химические показатели качества воды

2.1.2.1. Общая минерализация

Общая минерализация представляет собой суммарный количественный

показатель содержания растворенных в воде веществ. Этот параметр также

называют содержанием растворимых твердых веществ или общим

солесодержанием, так как растворенные в воде вещества находятся в виде солей.

СанПиН рекомендует верхний предел минерализации в 1000 мг/л. Минерализация

природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в

широких пределах. Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в

интервале от 40 – 50 мг/дм

до 650 г/кг (плотность в этом случае уже значительно

отличается от единицы).

Классификация природных вод по минерализации:

Таблица 2.

Классификация воды в зависимости от минерализации.

Категория вод минерализация, г/дм

ультрапресные <0,2

пресные 0,2 – 0,5

Воды с относительно повышенной минерализацией 0,5 – 1,0

солоноватые 1,0 – 3,0

соленые 3– 10

вода повышенной солености 10 – 35

рассолы >35

В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды

суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/дм

. Для воды

из артезианской скважины допускается увеличение минерализации до 1500

мг/дм

2.1.2.2. Водородный показатель

Водородный показатель характеризует концентрацию свободных ионов

водорода (вернее, гидроксония) в воде. В зависимости от величины рН может

изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной

агрессивности воды, токсичность загрязняющих веществ и т.д. Контроль за

уровнем рН особенно важен на всех стадиях водоочистки, так как его отклонения

в ту или иную сторону могут не только существенно сказаться на запахе,

привкусе и внешнем виде воды, но и повлиять на эффективность водоочистных

мероприятий.

Содержание ионов гидроксония в природных водах определяется в

основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее

ионов.

СО

+ Н

О ↔ Н

+ НСО

↔ 2Н

+ НСО

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества СО

характерна щелочная реакция. Изменение рН тесно связаны с процессами

фотосинтеза. Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты,

присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех

случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа,

алюминия, меди и других металлов:

+ 2H

O → Fe(OH)

+ 2H

Значение рН в речных водах обычно варьируется 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.

Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой

величина рН для большинства речных вод составляет 6,8 – 7,4, а летом 7,4 – 8,2.

рН природных вод определяется в некоторой степени геологией водозаборного

бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов и

пунктов питьевого водопользования величина рН не должна выходить за пределы

интервала значений 6,5 – 8,5. Для питьевой хозяйственно-бытовой воды

оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9 (СанПиН).

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп:

Таблица 3.

Классификация воды по значению рН.

Характеристика воды рН Причина

Сильнокислая <3

результат гидролиза солей тяжелых

металлов (шахтные и рудничные воды)

Кислая 3…5

поступление в воду угольной кислоты,

фульвокислот и других органических

кислот в результате разложения

органических веществ

Слабокислая 5…6,5

присутствие гумусовых кислот в почве и

болотных водах (воды лесной зоны)

Нейтральная 6,5…7,5 наличие в водах Ca(HCO

)

, Mg(HCO

)

Слабощелочная 7,5…8,5 то же

Щелочная 8,5…9,5 присутствие Na

или NaHCO

Сильнощелочная >9,5 то же

2.1.2.3. Жесткость

Жесткостью называют свойство воды, обусловленное наличием в ней

растворимых солей кальция и магния.

Различают следующие виды жесткости:

- Общая жесткость – определяется суммарной концентрацией ионов кальция

и магния, представляет собой сумму карбонатной (временной) и некарбонатной

(постоянной) жесткости.

- Карбонатная жесткость – обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов и

карбонатов (при рН >8,3) кальция и магния. Данный тип жесткости почти

полностью устраняется при кипячении воды и поэтому называется временной.

- Некарбонатная жесткость – обусловлена присутствием кальциевых и

магниевых солей сильных кислот (серной, азотной, соляной) и при кипячении не

устраняется (постоянная жесткость).

Обычно преобладает (до 70%) жесткость, обусловленная ионами кальция;

однако, в отдельных случаях магниевая жесткость может достигать 50-60%.

Жесткость морской воды и океанов значительно выше (десятки и сотни

мг-экв/дм

). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным

колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего

в период половодья.

В мировой практике используется несколько единиц измерения жесткости,

все они определенным образом соотносятся друг с другом. В России

Госстандартом в качестве единицы жесткости воды установлен моль на

кубический метр (моль/м

). СанПиН рекомендует норму общей жесткости воды –

7,0 мг-экв/л.

2.1.2.4. Окисляемость перманганатная

Окисляемость – это величина, характеризующая содержание в воде

органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических

окислителей. Выражается этот параметр в миллиграммах кислорода, пошедшего

на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм

воды в соответствии с

требованиями СанПиН перманганатная окисляемость не должна превосходить 5,0

мг О

/л.

2.1.2.5. Окислительно-восстановительный потенциал

Большое внимание стало уделяться такому электрохимическому показателю

воды, как окислительно-восстановительный потенциал. Ученые утверждают, что

величина и знак ОВП влияют на характер электрохимических процессов в воде и

оказывают влияние на состояние организма человека, что видно из таблицы 4.

Таблица 4.

Характеристика воды с разной величиной ОВП с точки зрения электрохимии (величина и знак

ОВП).

Отрицательная

(Е<0)

Около нуля

(от 0 до +100 мВ)

Положительная

(больше +200 мВ)

Поддерживает процессы

восстановления

(омолаживание

организма)

Вода нейтральна

Поддерживает

окислительные

процессы (старение

организма)

Электропроводность воды зависит от степени ее очистки. Теоретическое

значение этого параметра при 20 – 25°С составляет 3,8*10

-6

См/м. Наиболее

чистая вода со значением σ = 4,3*10

-6

См/м была получена Ф. Кольраушем в 1894

г. в результате 42-кратной вакуумной перегонки в специальной аппаратуре.

Электропроводность обычной дистиллированной воды вследствие поглощения ею

СО

из атмосферы и образования ионов Н

и НСО

равна (80



100)*10

-6

См/м (так

называемая равновесная вода).

Окислительно-восстановительный потенциал (редокс-потенциал) –

потенциал, устанавливающийся при погружении платины или золота (инертного

электрода) в окислительно-восстановительную среду, т.е. в раствор, содержащий

как окислитель, так и восстановитель.

Количественная зависимость ОВП от концентраций (активностей)

реагирующих веществ реакции

Окислитель + n e

↔ Восстановитель

выражается уравнением Нернста:







ЕЕ ln

, (2.1)

где

- стандартный (нормальный) ОВП (потенциал электрода в растворе,

в котором ионы, определяющие электродный процесс, имеют активность, равную

единице),

- число электронов, участвующих в реакции,

- число Фарадея,

- газовая постоянная,

- абсолютная температура,



aa ,

- концентрации окислителя и восстановителя ОВП.

Электрохимические измерения проводят обычно при стандартной

температуре Т = 25°С = 298К, которую принимают за абсолютную.

Значения постоянных величин – число Фарадея и газовая постоянная –

составляют:

= 8,31 Дж/моль·град,

= 96500 Кл/(г-экв).

Протекающая в гальваническом элементе окислительно-восстановительная

реакция представляет собой сложный процесс. Она включает собственно

электрохимические стадии (превращения на электродах ионов в атомы или

атомов в ионы), перенос электронов, перенос ионов. Все эти стадии сопряжены

между собой и протекают с одной и той же скоростью.

В результате изучения потенциалов различных электродных процессов

установлено, что их величины зависят от следующих факторов:

1) от природы веществ – участников электродного процесса,

2) от концентраций (активностей) этих веществ

3) от температуры системы.

Для определения потенциала того или иного электродного процесса нужно

составить гальванический элемент из испытуемого и стандартного электродов и

измерить его э.д.с. Практически при измерениях потенциалов в качестве

электрода используют электроды, потенциалы которых по отношению к

стандартному водородному, значение которого принято нулевым, известны. При

этом необходимо рассчитать э.д.с. элемента согласно уравнению:

Е =

хср





, (2.2),

где

Е – э.д.с. элемента,

ср

– известный потенциал электрода сравнения,

– потенциал испытуемого электрода.

В природной среде значение Е колеблется от -400 до +700 мВ и

определяется всей совокупностью происходящих в ней окислительных процессов

и в условиях равновесия характеризует среду сразу относительно всех элементов,

имеющих переменную валентность.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в

природных водах:

1. окислительную – характеризуемую значениями Е > +(100-150) мВ

присутствием свободного кислорода, а также целого ряда элементов в высшей

форме своей валентности (Fe

, Mo

, As

, V

, U

, Sr

, Cu

, Pb

);

2. переходную окислительно-восстановительную – определяемую

величинами Е +(100-0) мВ, неустойчивым геохимическим режимом и

переменным содержанием сероводорода и кислорода. В этих условиях протекает

как слабое окисление, так и слабое восстановление целого ряда металлов;

3. восстановительную – характеризуемую значениями Е <0. В

подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe

, Mn

, V

, U

), а также сероводород.

Величина окислительно-восстановительного потенциала и значение рН

взаимосвязаны.

2.2. Способы подготовки воды

2.2.1. Хлорирование.

Главными причинами низкого качества питьевой воды из крана являются:

1) загрязненность водозаборов

2) хлорирование

3) плохое качество водопроводных сетей

Низкая эффективность применения дорогостоящего оборудования на

водопроводных станциях, которые не справляются с очисткой воды от

большинства химических загрязнений: хлорорганических пестицидов,

синтетических поверхностно-активных веществ (моющих порошков), тяжелых

металлов и пр., давно доказана и научно обоснована. За последние годы в водных

объектах обнаружено и идентифицировано более 2000 антропогенных

химических соединений, из них в питьевой воде – 750, около 600 из которых

являются канцерогенами, обладают мутагенной активностью и практически не

обезвреживаются на водопроводных станциях.

Технология очистки воды на водопроводных станциях схематически

выглядит следующим образом:

ВОДОЗАБОР

ХЛОРИРОВАНИЕ

ФЛОКУЛЯЦИЯ

ОСВЕТЛЕНИЕ НА ПЕСЧАНЫХ ФИЛЬТРАХ

ХЛОРИРОВАНИЕ

РЕЗЕРВУАРЫ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ

ПОТРЕБИТЕЛЮ В ВОДОПРОВОДНУЮ СЕТЬ

Контроль качества воды, подаваемой в водопровод после очистки,

проводится по ГОСТам, которые не учитывают произошедшего ухудшения

качества исходной воды на водозаборах и появления новых токсичных веществ.

Особую опасность представляет использование в технологии водоподготовки

методики хлорирования (насыщение воды хлором (из баллонов) или

хлорамином). Взаимодействуя с хлором до стадии флокуляции и осветления,

различные органические загрязнения образуют большой набор канцерогенных и

токсичных хлорорганических веществ, не имеющих запаха, но по классу

опасности и по предельно допустимой концентрации гораздо более вредных, чем

хлор и исходная органика водозаборов. Это, прежде всего галометаны,

относящиеся к веществам II класса опасности: хлороформ (ПДК = 0,2 мкг/л),

четыреххлористый углерод (ПДК = 0,002 мкг/л), дихлорбромметан (ПДК = 0,06

мкг/л) (таблица 5).

Таблица 5.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) в водопроводной воде веществ до хлорирования и

хлорированных

Вещество до

хлорирования

ПДК,

мг/л

Хлорированные вещества ПДК,

мг/л

Осаждение взвешенных примесей на осадке оксида алюминия

Циклогексан

Бензол

Толуол

п-трет.-Бутинолтолуол

Тиофен

Фенол

Этиловый спирт

Уксусная кислота

Пропилен

Изопропилен

Бутадиен

Нефть

Нефть многосернистая

Бензин

Керосин осветительный

Керосин тракторный

Лигнин сульфатный

0,1

0,01

0,5

0,001

Безвреден

0,5

0,05

0,3

0,1

0,05

0,01

Хлорциклогексан

Дихлорциклогексан

γ-ГХЦГ

Хлорбензол

1,2-Дихлорбензол

о,п-Хлортолуолы

2,4-Дихлортолуол

α-Хлортолуол

Хлор-п-трет.-бутилтолуол

2-Хлортиофен

Хлорфенол

Диоксин

2-Хлорэтанол

Монохлоруксусная

кислота

Тетрахлорпропилен

3-Хлор-2-метилпропен

2-Хлорбута-1,3-диен

Хлороформ

1,1-Дихлорэтан

Бутилхлорид

Тетрахлорпентан

Тетрахлоргептан

Тетрахлорнонан

Трихлорфенол

0,05

0,02

0,002

0,02

0,002

0,2

0,03

0,001

0,002

0,001

0,00002

0,1

0,06

0,002

0,01

0,2

0,03

0,004

0,005

0,0025

0,003

0,004

Такая технология принята везде в нашей стране. Из исходных 68 мг/л

органики при первичном хлорировании четверть превращается в хлорорганику.

Эта хлорорганика без каких-либо изменений перекочевывает сквозь все песчаные

фильтры и резервуары водопроводной станции прямо в водопровод.

Второй существенный недостаток технологии хлорирования питьевой воды

состоит в том, что при хлорировании тяжелые металлы, находящиеся в воде

водозабора в ионной форме, переходят в устойчивые хлор-комплексы и поэтому

не переводятся в осадок флокулянтами и тем более не удерживаются песчаными

фильтрами. Особенно это характерно для железа, марганца, кобальта, свинца,

цинка, меди и кадмия. Поэтому эти металлы (Fe

, Mn

…) беспрепятственно

попадают в водопроводную сеть в форме хлор-комплексов FeCl

, MnCl

и т.д.

Третий недостаток хлорной технологии – коррозия водопроводных труб и

водораспределительной арматуры. При этом также образуются устойчивые