Группа компаний Семиречье- бурение скважин на воду, бурение артезианских скважин, водоснабжение, проектирование водозаборов   Перейти на главную страницу сайта Компании Семиречье Контакты компании Семиречье Карта сайта компании Семиречье Заявка на бурение артезианских скважин
    Телефоны группы компаний Семиречье

Свойство воды

 

 

 

Физико-химические показатели качества природных вод

 

 
 

Под качеством природной воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01–77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

 

Взвешенные примеси

Взвешенные твердые примеси, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды. Содержание в воде взвешенных примесей, измеряемое в мг/л, дает представление о загрязненности воды частицами в основном условным диаметром более 1·10-4 мм – табл. 1.4. При содержании в воде взвешенных веществ менее 2–3 мг/л или больше указанных значений, но условный диаметр частиц меньше 1 · 10-4 мм, определение загрязненности воды производят косвенно по мутности воды.

 

 

Таблица 1.4
Характеристика вод по содержанию взвешенных примесей

Физические свойства воды

 

Мутность и прозрачность

Мутность воды вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: мутность не заметна (отсутствует), слабая опалесценция, опалесценция, слабомутная, мутная и сильная муть.
В России мутность чаще всего измеряют в нефелометрических единицах мутности НЕФ (NTU) для небольших значений в пределах 0–40 НЕФ (NTU), например для питьевой воды. В условиях большой мутности обычно применяется измерение единиц мутности по формазину (ЕМФ). Пределы измерений – 40–400 ЕМФ. Индикатор по НЕФ (NTU) – рассеивание излучения, по ЕМФ – ослабление потока излучения.
Наряду с мутностью, особенно в случаях, когда вода имеет незначительные окраску и мутность, и их определение затруднительно, пользуются показателем «прозрачность». Мера прозрачности – высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в воду белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (шрифт Снеллена). Результаты выражаются в сантиметрах (табл. 1.5).

 

Таблица 1.5
Характеристика вод по прозрачности

  Мутность воды

 

Запах Воды

Характер и интенсивность запаха природной воды определяют органолептически. По характеру запахи делят на две группы: естественного происхождения (живущие и отмершие в воде организмы, загнивающие растительные остатки и др.) – табл.1.6; искусственного происхождения (примеси промышленных и сельскохозяйственных сточных вод). Интенсивность запаха по ГОСТ 3351-74* оценивают в шестибалльной шкале – табл. 1.7. Запахи второй группы (искусственного происхождения) называют по определяющим запах веществам: хлорный, бензиновый и т.д.

 

 

Таблица 1.6
Запахи естественного происхождения

  Запах воды

 

 

Таблица 1.7
Характеристика вод по интенсивности запаха

  Запах воды

 

Вкус и привкус

 

Интенсивность вкуса и привкуса в соответствии с ГОСТ 3351-74* определяется также по шестибалльной шкале – табл. 1.8. Различают четыре вида вкусов: соленый, горький, сладкий, кислый. 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: катионы: NH4 + > Na+ > K+; Fe2+ > Mn2+ > Mg2+ > Ca2+; анионы: ОН- > NO3 - > Cl- > HCO3 - - > SO4 2-

 

Таблица 1.8
Характеристика вод по интенсивности вкуса

  Запах воды

 

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений, выражается в градусах платино-кобальтовой шкалы и определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами. Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа, колеблется от единиц до тысяч градусов – табл. 1.9.

 

Таблица 1.9
Характеристика вод по цветности

  Цветность воды

 

Минерализация

Минерализация– суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ. Минерализация природных вод, определяющая их удельную электропроводность, изменяется в широких пределах. Большинство рек имеет минерализацию от нескольких десятков миллиграммов в литре до нескольких сотен. Их удельная электропроводимость варьирует от 30 до 1500 мкСм/см.
Минерализация подземных вод и соленых озер изменяется в интервале от 40–50 мг/л до сотен г/л (плотность в этом случае уже значительно отличается от единицы). Удельная электропроводимость атмосферных осадков с минерализацией от 3 до 60 мг/л составляет значения 10–120 мкСм/см. Согласно ГОСТ 17403-72 природные воды по минерализации разделены на группы (табл. 1.10). Предел пресных вод – 1 г/кг – установлен в связи с тем, что при минерализации более этого значения вкус воды неприятен – соленый или горько-соленый.

 

Таблица 1.10
Характеристика вод по минерализации

  Менерализация
 

 

Таблица 1.11
Характеристика вод по общей минерализации

  Менерализация воды

Граница между солоноватыми и солеными водами принята на том основании, что при минерализации около 25 г/кг температура замерзания воды и температура наибольшей плотности морской воды совпадают, и при этом меняются некоторые свойства воды. Граница 50 г/кг между солеными водами и рассолами обусловлена тем, что соленость больше этого значения не бывает в морях; такая соленость характерна только для соленых озер и некоторых подземных вод.

 

 

Таблица 1.12
Характеристика подземных вод по общей минерализации (детализированная)

  Минерализация

Примечания к табл. 1.12

  • Н.И. Толстихин дополнительно выделяет «сверхпресные» воды с минерализацией <0,01 г/л (льды и снега Центральной Антарктиды и высокогорий), «очень пресные» воды с минерализацией 0,01–0,03 г/л (к этому виду относится, например, поставляемая в упаковке вода «Лауретина» из источника в горном заповеднике Пьемонта, Северная Италия, в этой воде минерализация – 0,014 г/л). Рассолы в классифи кации Толстихина делятся на семь групп – от «весьма слабых» до «сверхкрепких».
  • Рассолы с минерализацией более 500 г/л только условно можно назвать водой, так как воды в них меньше, чем солей (обнаружены в недрах Земли на глубинах более 1 км).
  • °Ве – градус Боме.

 

Жесткость

Жесткость воды обусловливается наличием в воде ионов кальция (Са2+), магния (Mg2+), стронция (Sr2+), бария (Ва2+), железа (Fe3+), марганца (Mn2+). 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. Однако при значении жесткости воды более 9 ммоль/л нужно учитывать содержание в воде стронция и других щелочноземельных металлов.
По стандарту ИСО 6107-1-8:1996, включающему более 500 терминов, жесткость определяется как способность воды образовывать пену с мылом.
В России жесткость воды выражают в ммоль/л.
В жесткой воде обычное натриевое мыло превращается (в присутствии ионов кальция) в нерастворимое «кальциевое мыло», образующее бесполезные хлопья. И, пока таким способом не устранится вся кальциевая жесткость воды, образование пены не начнется. На 1 ммоль/л жесткости воды для такого умягчения воды теоретически затрачивается 305 мг мыла, практически – до 530.
Но, конечно, основные неприятности – от накипеобразования.
Международные своды нормативов качества воды не нормируют жесткость воды – только отдельно содержание в воде ионов кальция (Са2+) и магния (Mg2+): нормы качества питьевой воды Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), такие же нормы Европейского Союза (ЕС), стандарты ИСО, а также Национальные нормы питьевой воды США.
По значению общей жесткости природные воды делят на группы – табл. 1.13.  

 

 

Таблица 1.13
Классификация воды по жесткости

  Классификация воды по жесткости

 

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.
Различают следующие формы щелочности воды: бикарбонатная (гидрокарбонатная), карбонатная, гидратная, фосфатная, силикатная, гуматная – в зависимости от анионов слабых кислот, которыми обусловливается щелочность. Щелочность природных вод, рН которых обычно < 8,35, зависит от присутствия в воде бикарбонатов, карбонатов, иногда и гуматов.
Щелочность других форм появляется в процессах обработки воды. Так как в природных водах почти всегда щелочность определяется бикарбонатами, то для таких вод общую щелочность принимают равной карбонатной жесткости.

 

Органические вещества


Спектр органических примесей очень широк:

  • группа растворенных примесей: гуминовые кислоты и их соли – гуматы натрия, калия, аммония; некоторые примеси промышленного происхождения; часть аминокислот и белков;
  • группа нерастворенных примесей: фульвокислоты (соли) и гуминовые кислоты и их соли – гуматы кальция, магния, железа; жиры различного происхождения; частицы различного происхождения, в том числе микроорганизмы.

Содержание органических веществ в воде оценивается по методикам определения окисляемости воды, содержания органического углерода, биохимической потребности в кислороде, а также поглощения в ультрафиолетовой области.
Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью.
Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая (методики определения двух последних применяются редко). Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, эквивалентного количеству реагента, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 л воды.
Окислители могут действовать и на неорганические примеси, например, на ионы Fe2+, S2-, NO2 , но соотношение между этими ионами и органическими примесями в поверхностных водах существенно сдвинуто в сторону органических примесей, то есть «органики» в решающей степени больше. В подземных водах (артезианских) это соотношение – обратное, то есть органических примесей гораздо меньше, чем указанных ионов.
Практически их совсем нет. К тому же неорганические примеси могут определяться непосредственно индивидуально. Если содержание указанных восстановителей суммарно меньше 0,1 ммоль/л, то ими можно пренебречь, в иных случаях нужно вносить соответствующие поправки. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость (перманганатный индекс); в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).
Окисляемость перманганатная измеряется мгО/л, если учитывается масса иона кислорода в составе перманганата калия, пошедшего на окисление «органики», или мг KMnО4/л, если оценивается количество перманганата калия, пошедшего на окисление «органики» – табл. 1.14.

 

 

Таблица 1.14
Характеристика вод по перманганатной окисляемости

  Характеристика вод по перманганатной окисляемости

Окисляемость бихроматная, мгО/л, называемая также химической потребностью в кислороде (ХПК), – показатель, дающий более правильное представление о содержании в воде органических веществ, так как при определении ХПК окисляется около 90% органических примесей, а при определении перманганатной окисляемости – 30–50%.
В англоязычной литературе ХПК обозначают термином COD (Chemical Oxygen Demand), в немецкой литературе – CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf). При анализе ХПК наиболее надежные результаты получаются при ХПК = 300–600 мгО/л. При этом анализе окисляются ионы Br-, J-, NO2 -, некоторые соединения серы и др.
Биохимическая потребность в кислороде (БПК5, БПКполн), мгО2/л. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) – показатель, определяемый при окислении «органики» природных вод не химическими веществами, а биохимическими воздействиями в аэробных условиях. Чаще определяют биохимическое потребление кислорода за пять суток – БПК5, и, как правило, этот показатель в поверхностных водах находится в пределах 0,5–4,0 мгО2/л.
При определении БПК5 (температура воды 20°С, рН=6–8, обеспечен достаточный доступ кислорода к пробе воды) окисляется примерно 70% легкоокисляющихся органических веществ, за 10–20 сут – соответственно 90 и 99% (как правило, но не всегда). Поэтому, когда определяют БПКполн, имеют в виду, что процесс окисления длится 15–20, в редких случаях – до 35 сут.

 

 

Таблица 1.15
Характеристика вод по бихроматной окисляемости

  Характеристика вод по бихроматной окисляемости

Общий органический углерод
Содержание общего органического углерода (ООУ, по зарубежным источникам – ТОС,Total Organic Carbon) – достаточно надежный показатель содержания в воде органических веществ, в среднем численно равный 50% массы органических веществ. В природных поверхностных водах значения органического углерода могут колебаться от 1 до 20 и даже до нескольких сотен мг/л (в болотистых водах).

 

 

Таблица 1.16
Характеристика вод по БПК5

  Характеристика вод по БПК5

 

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 0 до 14 мг/л. В артезианской воде кислород практически отсутствует.

 

Водородный показатель (рН)

Величина pH – один из важнейших показателей качества воды для определения ее стабильности, накипеобразующих и коррозионных свойств, прогнозирования химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. Если рассматривать воду без примесей, то физическая сущность рН может быть описана следующим образом.
Вода, хотя и весьма незначительно, – приблизительно одна миллионная часть молекул – диссоциирует (распадается) на ионы водорода H+ и гидроксила ОН- по уравнению:

Водородный показатель

Но такое же количество молекул воды одновременно снова образуется. Следовательно, состав воды при определенной температуре и в отсутствие примесей не изменяется.

Водородный показатель

Произведение концентраций этих ионов есть величина постоянная и называется ионным произведением воды – Кw. Так как распадается незначительное количество молекул воды, то концентрация ионов Н+ и ОН- малы, тем более мало их произведение. При температуре 24,8°С Кw = 10-14. Увеличение концентрации водородных ионов вызывает соответствующее уменьшение гидроксид-ионов и наоборот.

Для нейтральной среды

Для нейтральной среды

Для оценки кислотности и щелочности среды удобно пользоваться не концентрацией водородных ионов, а водородным показателем рН. Он равен десятичному логарифму концентраций водородных ионов, взятому с обратным знаком.

pH

Если в воде растворено какое-либо вещество, которое само источник ионов H+ и ОН- (примеры: кислоты НСl, H2SO4, HNO3 и др.; щелочи: NaOH, KaOH, Ca(OH)2 и др.), то концентрации ионов H+ и ОН- не будут равны, но их произведение КW будет постоянно. Воду в зависимости от рН рационально делить на семь групп (табл. 1.17).

 

 

Таблица 1.17
Классификация вод по рН

  Классификация вод по рН

 

Тяжелые металлы

Тяжелые металлы выделяются из общей группы металлов по специфической вредности для живых организмов.
Понятие «тяжелые металлы» не относится к строго определенным. Разные авторы в составе группы тяжелых металлов указывают разные химические элементы. В экологических публикациях в эту группу включают около 40 элементов с атомной массой более 50 атомных единиц.
Н.Ф. Реймерс относит к тяжелым металлы с плотностью более 8 г/см3, выделяя при этом подгруппу благородных металлов. Таким образом, к собственно «тяжелым» отнесены медь, никель, кадмий, кобальт, висмут, ртуть, свинец.
Группа специалистов, работающая под патронажем Европейской экономической комиссии ООН и 10-14 занимающаяся мониторингом выбросов в окружающую природную среду тяжелых металлов, включает в эту группу также цинк, мышьяк, селен, сурьму.
Есть и другие классификации.