Вода - является неотъемлемой частью нашей жизни, второй по важности, после кислорода, соединением, благодаря которому человек существует. Без воды живой организм может прожить 3-4 дня, после чего наступает обезвоживание. У воды нет запаха, ярко выраженного вкуса, цвета и калорий, как же тогда определить качество питьевой воды? В данной статье мы расскажем, как узнать, какую воду мы пьем - полезную или опасную для здоровья.

По утвержденным государственным стандартам (СанПину, ГОСТу) качество воды определяет содержание в ней биологических и химических компонентов, а также ее органолептические свойства. Химические показатели воды заключаются в содержании следующих веществ: алюминий, бор, барий, нитраты, свинец, ртуть, цинк, цианиды, рН (водородный показатель), нефтепродукты, ПАВ, жесткость и многих других. Биологические показатели воды состоят из наличия различных микробов и бактерий.

Вода, пригодная для питья, делится на 3 основные категории: первую, высшую, воду централизованного водоснабжения. Все эти категории воды безопасны и безвредны для здоровья человека. Вода центрального водоснабжения - это обычная вода из-под крана, которая есть дома у каждого. Вода первой категории (а также высшей) добыта из подземных родниковых или артезианских источников. Такая вода защищена от любых химических и биологических загрязнений. Более того, вода высшей категории обогащена солями и минералами, поэтому после ее использования может оставаться осадок.

«На глаз» определить свойства воды почти невозможно. Чистоту воды мы можем определить по ее эстетичным свойствам - если нет запаха и вкуса, то воду можно пить.

Повышенное содержание солей кальция легко определить по накипи в чайнике, а излишнее содержание железа покажет специфический вкус воды. Остальные вредные вещества (ПАВ- поверхностно-активные вещества) определить в воде очень трудно.

В домашних условиях проверить качество воды можно следующим способом: налейте определенное количество воды в прозрачную ёмкость (отлично подойдет аквариум), и дайте ей постоять 1-2 дня. Воду низкого качества Вы определите сразу, на белом фоне вода будет мутного зеленого цвета. Через 2 дня на дно емкости выпадет осадок, на стенках будет налёт, на поверхности воды могут появиться маслянистые разводы.

Чтобы узнать, что же за воду мы пьем, ее нужно проверить на состав. Поэтому только проведение анализа воды в соответствии с ГОСТом качества даст Вам уверенность, что вода безопасна для здоровья.

Где же можно провести анализ воды? В санитарно-эпидемиологической станции или в специализированных независимых лабораториях (они находятся в научных учреждениях). При обращении в ту или иную организацию, обязательно убедитесь, что данная лаборатория аккредитована и ее методики исследования соответствуют Госстандарту Российской Федерации.

Анализ воды может быть произведен 3 способами:

• сокращенным (базовым);
• полным;
• специфическим (зависит от определенных потребностей заказчика).

Стоимость исследования будет зависеть от выбора лаборатории и вида проведенного анализа.

Если вы живете в сельской местности и пользуетесь водой из каких-либо местных водоемов (колодцы, реки, озера, подземные источники), то вам необходимо выяснить, пригодна ли эта вода для питья.

Одновременно вы проделаете общественно полезную работу для окружающего вас населения.

Природная вода, в зависимости от места ее нахождения, бывает атмосферная, морская, речная, колодезная, вода минеральных источников и т. д.

Вода, проникающая в почву, называется почвенной. Она растворяет перегной и поэтому бывает богата органи­ческими веществами.

Почвенная вода для питья негодна, так как в ней имеется много, бактерий, среди которых находятся болезнетворные.

Все виды природной воды в той или иной мере содержат различное количество солей, а поэтому их вкус различен.

При помощи кипячения воду можно освободить от газов, солей и других примесей, но не полностью. Даже перегнанная (дистиллированная) вода не свободна от растворимых в ней газов. Только химически чистая вода не имеет никаких примесей.

Вода в зависимости от содержания солей может быть мягкая или жесткая.

На практике используют различные методы определения качества воды :

1. Определение прозрачности воды.

На стенку цилиндра наклейте узкую полоску миллиметровой бумаги. Цилиндр установите на печатный текст и начинайте вливать дистиллированную воду, следя за тем, чтобы можно было читать сверху через воду напечатанное. Воду вливайте до тех пор, пока можно различать шрифт. Отметьте, на какой высоте исчезла видимость шрифта. Затем налейте еще некоторое количество воды и начинайте через сифон спускать воду до тех пор, пока не появится четкая видимость букв и цифр. Снова отметьте уровень воды в сантиметрах и сравните с высотой уровня в первом случае. При правильном проведении опыта и нормальном зрении обе величины должны совпадать.

Степень прозрачности определяется высотой жидкости в сантиметрах.

После того как будет установлена прозрачность дистиллированной воды, приступите к определению прозрачности испытуемой воды. Для этого удалите из цилиндра дистиллированную воду и налейте в нее испытуемую воду, предварительно ее взболтав. Наблюдайте, как было уже указано выше, и установите прозрачность данной воды.

2. Определение цвета воды.

Для определения цвета воды существует несколько способов: а) более упрощенный, при помощи сравнения с дистиллированной водой, или б) более сложный, колориметрический, который является более точным.

В одну пробирку налейте дистиллированную воду, в другую испытуемую. Обе пробирки поставьте рядом и сзади приложите лист чистой белой бумаги.

Сравнивая окраску воды в пробирках, установите цвет испытуемой воды.

Вода может иметь различные оттенки: розоватый, желтоватый, зеленоватый и т. д.

Чаще всего вода в открытых водоемах и колодцах имеет желтоватый цвет от примесей железа.

3. Определение взвешенных частиц в воде.

В мерную литровую колбу налейте до черты испытуемую воду, некоторое время ее взбалтывайте, затем фильтруйте через бумажный фильтр, предварительно высушенный и взвешенный на точных весах. После этого фильтр выньте из воронки и просушите в сушильном шкафу при температуре 105-110 °C в течение 30 минут, затем фильтр перенесите в эксикатор, где он остынет в течение 20 минут, после чего его быстро взвесьте.

Количество взвешенных частиц в миллиграммах на литр воды определите по разности веса фильтра до опыта и со взвешенными веществами.

4. Определение запаха и вкуса воды.

Нормальная вода не имеет запаха и приятна на вкус. Если вода имеет запах тухлых яиц, то в ней содержится сероводород, особенно это заметно бывает при нагревании. Если вода имеет затхлый или гнилостный запах, это означает, что в ней содержится много разложившихся органических веществ.

Наличие в воде сероводорода можно определить химическим путем при помощи йодометрии, которая заключается в том, что йод, являясь окислителем, вступает во взаимодействие с сероводородом и, отнимая от иона серы два электрона, восстанавливается до иона I — . Сера же, отдав свои электроны, выделяется в свободном состоянии.

I 2 + Н 2 S = 2HI + S.

В растворе получается йодистый водород.

Возьмите 50 мл испытуемой воды и прибавьте к ней по каплям раствора йода (можете использовать йодную настойку).

Если в испытуемой воде имеется сероводород, то жидкость не окрасится от прибавления йода в коричневый цвет, а начнет мутнеть от взвешенных частиц серы.

5. Определение щелочности или кислотности воды.

Вода может содержать кислоту или щелочь, но чаще всего бывает нейтральна.

Щелочность воды можете определить при помощи 2-процентного спиртового раствора фенолфталеина.

Возьмите в пробирку до половины ее объема испытуемой воды и прилейте несколько капель раствора фенолфталеина. Если жидкость окрасится в розовый цвет, то вода имеет щелочную реакцию.

Кислотность определяется при помощи 1-процентного раствора метилового оранжевого. В пробирку с 10 мл испытуемой воды прилейте несколько капель водного раствора метилового оранжевого.

Если цвет индикатора изменится из оранжевого в красный, вода содержит кислоту.

При желании можно провести количественное определение щелочи или кислоты при помощи титрования. Определение щелочности ведите 0,01 n раствором НС1, а кислоты - 0,01 n раствором едкого натра.

6. Определение жесткости воды.

Жесткой водой называют воду, содержащую главным образом кальциевые и магниевые соли. В такой воде плохо развариваются овощи, мыло не мылится, после кипячения воды на стенках сосудов образуются большие отложения накипи. Происхождение жесткой воды объясняется тем, что вода, проходя через слои, богатые солями кальция и магния, растворяет последние и насыщается ими.

Различают три вида жесткости: временную, или карбонатную, постоянную, или некарбонатную, и общую. При временной жесткости в воде находятся бикарбонаты кальция и магния, которые при кипячении осаждаются:

Са(НСО 3) 2 = СаСО 3 + СO 2 + Н 2 O

Присутствие в воде сернокислых, хлористых и азотнокислых солей характеризует постоянную жесткость. Наличие в воде тех и других (карбонатных и некарбонатных) солей вызывает общую жесткость.

Сначала определите временную жесткость воды. Для этого профильтруйте 100 мл воды, затем прибавьте в нее 2-3 капли раствора индикатора метилового оранжевого и титруйте 0,1 n раствором соляной кислоты до перехода желтой окраски в оранжево-красную.

Допустим, что на титрование 100 мл воды пошло 0,5 мл 0,1 n раствора соляной кислоты, то на 1 л идет 5 мл.

H k = (n∙0,0028∙10000)/20,04 = 1,4 n.

где H k – карбонатная жеткостть, n – количество мл 0,1 n раствора HCl, исрасходованного на титрование, 0,0028 – титр соляной кислоты на оксид кальция в мг/л воды, 20,04 – коэффициент для пересчета мг-эквивалент жесткости.

Так как Вы затратили 5 мл 0,1 n раствора HCl, то n = 0,5 мл, а жескость воды равна 5∙1,4 7 мг-екв.

При титровании происходит следующая реакция:

Са(НСО 3) 2 + 2НС1 = СаСl 2 + 2Н 2 O + 2СO 2 .

Мg(НСО 3) 2 + 2НС1 = МgСl 2 + 2Н 2 O + 2СO 2 .

Для определения временной жесткости в градусах необходимо число миллилитров израсходованной кислоты умножить на 2,8 В. В данном случае 0,5 мл∙2,8 = 1,4 градуса в 100 мл воды, а в 1 л 14 градусов, что составляет 10 мг. 14 = 140 мг Са. (1 градус жесткости соответствует в 1 л воды 10 мг Са.)

Для определения постоянной жесткости воды приготовьте децинормальные растворы едкого натра и углекислого натрия, отмерьте по 12,5 мл каждого и слейте вместе. Можно сразу приготовить смесь, взяв 2 г едкого натра и 2,75 г карбоната натрия на 1 л дистиллированной воды. Полученную смесь (25 мл) прилейте к 100 мл испытуемой воды и выпарьте досуха на водяной бане, после чего остаток обработайте дистиллированной водой, свободной от СО 2 , для чего дистиллированную воду кипятите в течение 5 минут. Жидкость отфильтруйте от осадка и последний промойте, а жидкость опять отфильтруйте. Оба фильтрата слейте вместе и титруйте 0,1 n раствором НС1 в присутствии индикатора метилового оранжевого.

По числу миллилитров израсходованной кислоты можно определить количество находившихся в остатке щелочей. Допустим, что на титрование израсходовано 11 мл 0,1 n раствора НС1. Следовательно, на осаждение сульфата кальция и сульфата магния израсходовано 25 мл - 11 мл = 14 мл раствора карбоната натрия и едкого натра, что соответствует согласно формуле Н 0 = 1,4(m-n) = 4,2 мг-экв.

Подставьте данные в формулу и вы получите: НС1 = 1,4 -(14-11) = 4,2 мг-экв или в 1 л содержится 20,04∙4,2 = 84,168 мг кальция.

Определение общей жесткости проводится несколько иначе: возьмите по 12,5 мл децинормального раствора едкого натра и углекислого натрия и кипятите в течение 3 минут с момента закипания жидкости. Полученную жидкость в охлажденном состоянии слейте в мерную колбу емкостью 200 мл. Сосуд, где была жидкость, сполосните дистиллированной водой и влейте ее в мерную колбу, затем в колбу влейте дистиллированную воду до метки. Взболтайте жидкость в колбе и фильтруйте через обыкновенный фильтр. Первые 30-40 мл вылейте, а из остального фильтрата возьмите 100 мл, которые титруйте в присутствии индикатора метилового оранжевого 0,1 n НС1 до перехода окраски из желтой в оранжево-красную. Количество затраченных мл 0,1 n раствора НС1 (11 мл) умножьте на 2, произведение вычтите из 25 (количество смеси NaОН и Na 2 СO 3), остаток умножьте на 2,8. Получите градусы общей жесткости. (25 мл ‒ 11∙2)-2,8 = 8,4 градуса. 10 мг∙8,4 = 84 мг Са.

Природные воды по своей жесткости классифицируются следующим образом:

Мг-экв Са и Мg В градусах

Очень мягкая 0,5-1,5 1-3

Мягкая 1,5-3 3-6

Средняя 3-6 6-12

Жесткая 6-10 12-20

Очень жесткая Более 10 Более 20

Для борьбы с жесткостью воды прибегают к специальной очистке при помощи различных щелочей и солей.

Очистить воду от углекислых солей кальция и магния можно кипячением или химическим путем при помощи осаждения следующими реактивами: Са(ОН) 2 , NаОН, Na 2 СO 3 , Nа 2 НРO 4 , ВаСO 3 и т. д.

Существует несколько способов смягчения воды. Наиболее распространенным способом следует считать содово-известковый способ:

Са(НCO 3) 2 + Са(ОН) 2 = 2СаС0 3 ↓ + 2Н 2 O.

Мg(НСO 3) 2 + Са(ОН) 2 = СаСO 3 + МgСO 3 + 2Н 2 O.

Бикарбонат кальция находится в растворе, при прибавлении извести он переходит в карбонат кальция, и последний выпадает в осадок. Бикарбонат магния под действием щелочи переходит в углекислый магний, выпадающий в осадок. После фильтрования вода становится мягкой.

Другой способ удаления жесткости воды при помощи едкого натра:

Са(НСО 3) 2 + 2NaОН = СаСО 3 ↓ + Na 2 СО 3 + 2Н 2 О.

Мg(НСО 3) 2 + 2NaОН = МgСО 3 + Na 2 СО 3 + 2Н 2 O.

Для смягчения воды применяют также фосфорнокислые соли натрия -тринатрийфосфат и динатрийфосфат:

СаSO 4 + Nа 2 НРО 4 = СаНРO 4 + Nа 2 SO 4 .

Са(НСО 3) 2 + Na 2 НРO 4 = СаНРO 4 + 2NаНСO 3 .

7. Опреление железа в воде.

В воде могут быть закисные или окисные соли железа. Сначала определите наличие окисных соединений. Для этой цели используйте следующие реактивы: роданистый калий или роданистый аммоний, или железисто-синеродистый калий. В пробирку налейте испытуемой воды до половины ее объема и прилейте несколько капель 5-процентного раствора роданистого калия или аммония. Если жидкость окрасится в красный цвет, то можно быть уверенным, что в воде имеются окисные соединения железа. Соли закисного железа не дают красного окрашивания с роданистыми соединениями. Если в школе нет роданистого калия или аммония, можно использовать другой реактив - железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль). 5-процентный раствор железистосинеродистого калия по каплям прилейте в испытуемую воду. Появление синей окраски указывает на присутствие солей окисного железа. Соли окисного железа при взаимодействии с железистосинеродистым калием дают берлинскую лазурь.

Можете также использовать основную уксуснокислую соль натрия, приливая ее в кипящую воду; при наличии в ней солей окисного железа выпадает красно-бурый осадок.

Если в воде отсутствуют соли окисного железа, а есть соли закисного железа, то для их определения существует весьма чувствительный реактив - железосинеродистый калий (красная кровяная соль), дающий синий осадок турнбулевой сини.

Для перевода закисного железа в окисное поступают следующим образом: в воду прибавляют серную или соляную кислоту и нагревают ее до кипения, затем по каплям прибавляют концентрированную азотную кислоту.

Если в воде находится железо, то раствор становится буро-желтым, что указывает на наличие окисного железа.

8. Определение органических соединений в воде.

Вода, проходя через почву, растворяет некоторые органические соединения. Для их определения применяют марганцовокислый калий.

В пробирку с испытуемой водой прилейте немного раствора марганцовокислого калия и нагрейте до кипения. При наличии органических веществ в воде появляется темно-коричневый осадок диоксида марганца.

Температура - физический показатель качества воды. Температура воды поверхностных водоисточников в зависимости от сезона года изменяется от 0 до 30°С. Подземные источники водоснабжения имеют относительно постоянную температуру 8-12°С. Для питьевых целей желательно иметь воду с температурой 7-15°С.

Температура влияет на вязкость воды и, следовательно, на скорость осаждения взвешенных частиц.

Измеряется температура непосредственно при отборе пробы термометром с делениями до 0,1°С с точностью ±0,5°.

Реакция среды. 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.

Значение рН определяют электрометрически со стеклянным и каломельным электродами. Допускается измерение с набором буферных смесей в качестве стандартных.

Величина рН - мера активной реакции среды, или активной кислотности, обусловленной присутствием в растворе свободных ионов водорода. Для количественной характеристики кислотности растворов пользуются также понятием "общая кислотность", для выражения которой служит нормальность, равная числу г-экв кислоты в 1 л. Общая кислотность называется титруемой или аналитической, так как определяется титрированием раствора щелочью. Активная кислотность составляет только часть общей кислотности и тем большую, чем выше степень диссоциации кислоты, присутствующей в растворе.

Для характеристики растворов с величиной рН ≤ 4,5 кроме активной и общей кислотности определяют свободную кислотность, которая выражается числом г-экв щелочи, необходимым для нейтрализации 1 л раствора до рН = 4,5.

Цветность - показатель, обусловленный наличием в воде гуминовых и фульвокислот и их растворимых солей, а также присутствием соединений железа. Примеси, обусловливающие цветность воды по степени дисперсности, относятся ко второй и третьей группам.

Количество примесей в воде, обусловливающих цветность, зависит от многих факторов и главным образом от наличия торфяников в бассейне водоисточника. Цветность воды, имеющей большую концентрацию взвешенных веществ, определяют после предварительного отстаивания пробы или в фильтрате. При массовом развитии водорослей в поверхностных водоемах вода может приобретать различные оттенки, однако на величину показателя "цветность" это не должно влиять, так как при фильтровании воды клетки водорослей задерживаются на фильтре.

Следует отметить, что нет прямого соответствия между цветностью и количеством4 органических веществ, вызывающих окраску. Поэтому степень цветности выражают не в мг/л какого-то вещества, а в особых единицах и градусах. Измерение производится путем сравнения пробы со стандартным раствором, приготовленным из смеси солей хлор- платината калия K 2 PtCl 6 и хлорида кобальта COCl 2 (платино-кобальтовая шкала). Окраска воды, соответствующая окраске стандартного раствора, который содержит 0,1 мг платины в 1 мл, оценивается 1 град цветности. В качестве стандартного можно применять также раствор, приготовленный из бихромата калия и сульфата кобальта. Цветность речных вод колеблется в больших пределах - от 35 до 55 град, достигая в отдельных случаях 200 град и выше.

Запахи и привкусы - органолептические показатели качества воды. Запахи вызывают летучие пахнущие вещества. Запахи и привкусы природной воды обусловлены присутствием веществ естественного происхождения или веществ, попадающих в воду в результате загрязнения ее стоками. Естественные запахи (землистый, гнилостный, болотный, сероводородный и т.д.) связаны, как правило, с развитием в водоеме водорослей, плесеней, актиномицетов и других водных организмов. Запахи искусственного происхождения классифицируют как хлорный, фенольный, аптечный и т.д. Вкус описывают как соленый, сладкий, горький, кислый. Отмечают также особые привкусы - щелочной, металлический и пр.

При определении запаха и привкуса сначала устанавливают их характер, а затем интенсивность, оцениваемую по пятибалльной системе.

При выполнении анализа на запах и привкус обязательно указывается температура, поскольку интенсивность этих показателей увеличивается с повышением температуры.

Вода источников хозяйственно-питьевого снабжения обычно имеет запах и привкус не выше 3-4 баллов.

Чаще всего питьевая вода не имеет вкуса. Воды подземных источников могут иметь солоноватый и горько-солоноватый вкус вследствие содержания солей в высоких концентрациях.

Мутность природной воды обусловлена присутствием нерастворенных и коллоидных веществ неорганического (глина, песок, гидроксид железа) и органического (илы, микроорганизмы, планктон, нефтепродукты) происхождения, т.е. примесями, относящимися по степени дисперсности к первой и второй группам.

Измеряют мутность различными методами, основанными на сравнительной оценке исследуемой пробы со стандартным раствором, мутность которого создается внесением в дистиллированную воду стандартной суспензии диоксида кремния SiO 2 . Результаты определения мутности выражают в мг/л. В речных водах мутность выше, чем в подземных. В период паводков мутность речных вод может достигать десятков тысяч миллиграммов в 1 л. В питьевой воде мутность, согласно действующим в нашей стране санитарным нормам, должна быть не выше 1,5 мг/л.

Наличие в воде нерастворенных и коллоидных примесей можно оценить и по степени прозрачности пробы. Прозрачность определяют в цилиндрах из бесцветного стекла высотой 30-50 см с плоским дном. Проба считается прозрачной, если через столб воды в цилиндре, помещенном на расстоянии 2 см от контрольного текста, напечатанного специальным шрифтом, можно прочитать текст и различить указанные в нем цифры или же четко видеть крест, нанесенный черными линиями толщиной 1 мм, с четырьмя точками по полям. Высота столба воды в сантиметрах и есть прозрачность воды "по шрифту" или "по кресту".

Для характеристики природных вод применяют и другой показатель - содержание взвешенных веществ. Под взвешенными веществами понимается количество загрязнений, которое задерживается на бумажном фильтре при фильтрации пробы (при атмосферном давлении или слабом разрежении). 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°С до постоянного веса, и по разнице веса фильтра до и после фильтрации определяется количество взвешенных веществ в воде.

Между количеством взвешенных веществ и прозрачностью однозначной связи нет. Прозрачность определяется наличием не только взвешенных частиц, но и коллоидных примесей, которые не задерживаются бумажным фильтром, а потому не включаются в состав показателя взвешенных веществ. Кроме того, прозрачность зависит также от формы и размеров частиц, что для показателя взвешенных веществ значения не имеет. Несмотря на эти различия, для ориентировочных определений (в целях упрощения эксплуатационного контроля) по результатам длительных наблюдений строят график зависимости прозрачности от количества взвешенных веществ, с помощью которого на основании быстро и легко выполняемого определения прозрачности можно с достаточной степенью точности установить количество взвешенных частиц в воде. Пример такой зависимости для одной из рек средней полосы европейской части России представлен:

Сухой остаток и потери при прокаливании. В практике водоподготовки под сухим остатком понимают общую сумму неорганических и органических соединений в растворенном и коллоидно растворенном состоянии. Сухой остаток определяют выпариванием предварительно профильтрованной пробы с последующим высушиванием при 105°С. Потери при прокаливании определяют содержание в сухом остатке органических веществ. Остаток после прокаливания характеризует солесодержание воды.

Сухой остаток в воде источника хозяйственно-питьевого назначения и в питательной воде не должен превышать 1000 мг/л, так как употребление человеком воды с повышенным солесодержанием вызывает различные заболевания.

Ионный состав. Как уже было сказано, общее солесодержание природных вод в большинстве случаев с достаточной степенью точности определяется катионами Na + , К + , Са 2+ , Mg 2+ и анионами НСО 3 , SO 4 2- , Сl - . Остальные ионы присутствуют в воде в незначительных количествах, хотя их влияние на свойства и количество воды иногда очень велико. Поскольку вода электронейтральна, то сумма положительных ионов равна сумме отрицательных ионов:

+ + + = + +

Сульфаты, хлориды, силикаты. Естественное содержание сульфатов в поверхностных и грунтовых водах обусловлено выветриванием пород и биохимическими процессами, происходящими в водоносных слоях.

По ГОСТу предельное содержание сульфат-ионов в воде источников централизованного водоснабжения не должно превышать 500 мг/л, но, как правило, в речной воде концентрация сульфатов составляет 100-150 мг/л. Повышенная концентрация сульфатов может свидетельствовать о загрязнении источника сточными водами, в основном производственными.

Хлориды являются составной часть большинства природных вод. Содержание хлоридов естественного происхождения имеет большой диапазон колебаний. Однако в воде рек концентрация хлоридов невелика - она не превышает обычно 10-30 мг/л, поэтому повышенное количество хлорионов указывает на загрязнение источника сточными водами. В воде источников централизованного водоснабжения концентрация хлоридов не должна превышать 350 мг/л.

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

Силикаты в растворе определяют лишь в тех природных водах, где их содержание зависит от геологических условий и присутствия некоторых организмов. В природных водах кремниевая кислота может находиться в формах мета- кремниевой H 2 SiO 3 ·(SiO 2 ·H 2 O), ортокремниевой H 4 SiO 5 .(SiO 2 ·2H 2 O) и поликремниевой H 2 SiO 5 (2SiO 2 ·H 2 O) кислот. Все эти кислоты при обычных для природных вод значениях рН малорастворимы и образуют в воде коллоидные растворы. Силикаты - нежелательная примесь в воде, питающей котлы, так как дает силикатную накипь на стенках котлов.

Наличие нерастворенных силикатов (песок) в природных водах связано с атмосферными осадками, смываемыми с территории населенных пунктов.

Соединения железа и марганца. Железо практически всегда встречается и в поверхностных, и в подземных водах; концентрация его зависит от геологического строения и гидрогеологических условий бассейна. Соединения железа в воде присутствуют в растворенной, коллоидной и нерастворенной форме. В истинно растворенном состоянии Fe 3+ может находиться в очень небольших концентрациях; необходимым условием при этом является низкое значение рН. Поскольку это условие для природных вод не характерно, то большая часть Fe 3+ присутствует в коллоидной форме и в виде тонкой суспензии. В подземных водах железо присутствует в форме Fe 2+ . Двухвалентное железо в воде в присутствии растворенного кислорода очень быстро переходит в трехвалентную форму и образует малорастворимый гидроксид железа, выпадающий в осадок:

4Fe 2+ + 8HCO 3 + O 2 + 2H 2 O → 4Fe(OH) 3 ↓ + 8CO 2

Повышенное содержание железа в поверхностных водах указывает на загрязнение их производственными сточными водами. Высокое содержание железа вызывает отложение осадка в трубах и их зарастание, а также ухудшает вкус питьевой воды. Содержание железа в питьевой воде допускается в количестве не более 0,3 мг/л. Содержание марганца обычно меньше, чем железа. Так, для воды рек средней части нашей страны количество железа варьирует от 0,1 до 1 мг/л, а марганца - от 0 до 0,05 мг/л.

Щелочность. Щелочностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами, т.е. ионами водорода. Это одна из важнейших характеристик природной воды.

На щелочность воды существенным образом оказывает влияние состояние соединений углекислоты, которое поэтому следует рассмотреть более подробно.

Углекислота может присутствовать в воде в форме недиссоциированных молекул Н 2 СО 3 (в малых количествах), молекулярно растворенного диоксида углерода СО 2 и гидрокарбонатов (бикарбонатов) НСО 3 , если рН воды менее 8,4, и в виде карбонатов СО 2 если рН более 8,4.

Количественное соотношение между различными соединениями углекислоты определяется уравнениями диссоциации первой и второй ступени. Константы диссоциации первой и второй ступени К 1 и К 2 зависят от концентрации ионов водорода, поэтому существование различных форм углекислоты в растворе определяется рН.

Из рисунка следует, что при рН - 3,7-4 вся находящаяся в воде углекислота представлена только диоксидом углерода СО 2 . По мере повышения рН доля СО 2 уменьшается, а следовательно, возрастает доля гидрокарбинатов. При рН = 8,3-8,4 практически вся углекислота находится в виде гидрокарбонатов (98%), а на долю СО 2 + СО 3 приходится менее 2%. При дальнейшем повышении рН (более 8,4) свободного СО 2 в воде нет, а только гидрокарбонат- и карбонат-ионы. При рН ≥ 12 в растворе находятся только карбонаты.

Экспериментально щелочность определяют титрованием соляной или серной кислотой последовательно с индикаторами фенолфталеином и метилоранжем. Окраска фенолфталеина при рН = 8,2-8,4 переходит из розовой в бесцветную, что совпадает с таким состоянием раствора, когда в нем остаются лишь гидрокарбонаты. Метилоранж меняет окраску при рН = 4-4,3, т.е. в момент, когда в растворе остается свободный диоксид углерода СО 2 .

При титровании с фенолфталеином протекают реакции нейтрализации гидроксильных ионов ОН - и карбонатных ионов с образованием соответственно воды и гидрокарбонатов:

OH - + H + → H 2 O; CO 3 2- + H + → HCO 3

Следовательно, расход кислоты на титрование с фенолфталеином эквивалентен содержанию гидроксидов и половины карбонатов, так как последние нейтрализуются только наполовину, до HCO 3 . Таким образом,

Ф = + 0,5 ,

где Ф - щелочность воды, мг-экв/л; и - концентрации гидроксильных и карбонатных ионов, мг-экв/л.

При дальнейшем титровании в присутствии метилоранжа происходит реакция нейтрализации гидрокарбонатов:

НСО 3 2- + Н + → CO 3 + H 2 O.

Следовательно, весь расход кислоты от начала нейтрализации и до конца эквивалентен содержанию ионов:

М = [НО - ] + .

Величина M, мг-экв/л, символизирует общую щелочность воды, а Ф - так называемую свободную щелочность, обусловленную наличием гидроксидов и половины карбонатов.

Если рН воды ниже 4-4,3, то ее щелочность равна нулю. Вода рек средней полосы европейской части страны имеет 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.

Жесткость. Общая жесткость воды Ж 0 показывает концентрацию катионов двухвалентных щелочноземельных металлов, главным образом кальция и магния.

В природных условиях эти элементы попадают в воду вследствие воздействия углекислого газа на карбонатные минералы, в также в результате биохимических процессов, происходящих в почве.

Общая жесткость

Ж 0 = [Са 2+ ]/20,04 + /12,16,

где 20,04 и 12,16 - эквивалентные массы соответственно Са и Mg.

Различают жесткость карбонатную и некарбонатную.

Количество Са и Mg, эквивалентное содержанию гидрокарбонатов НСОз, называется карбонатной жесткостью Ж к. Если количество гидрокарбонатов в воде превышает содержание Са и Mg ([НСO 3 ] [Са 2+ ] + ), то карбонатная жесткость эквивалентна суммарному содержанию Са и Mg. При [НСО 3 ] / 61,02 = [Са 2+ ] / 20,04 + [Мg 2+ ] / 12,16

Ж к = Ж 0 = [Са 2+ ] / 20,04 + / 12,16

Ж к = / 61,02.

Разность между общей и карбонатной жесткостью называется некарбонатной жесткостью:

Ж нк = Ж 0 - Ж к.

Следовательно, Ж нк - это содержание Са и Mg, эквивалентное концентрации всех остальных анионов.

Результаты определения жесткости выражают в мг-экв/л. В таблице приведена классификация природных вод по величине их жесткости.

Степерь жесткости природных вод

Жесткость речных вод обычно невысока (1-6 мг-экв/л), однако, воды рек, прорезающих толщу известковых и гипсовых пород, отличаются повышенной жесткостью воды подземных источников имеют более высокую жесткость, чем воды поверхностные.

Для питья допускается использование мягкой воды и воды средней жесткости, так как наличие солей кальция и магния в определенных пределах невредно для здоровья и не ухудшает вкусовых качеств воды. Использование же жесткой воды для хозяйственных целей вызывает ряд неудобств: образуется накипь на стенках варочной посуды, увеличивается расход мыла при стирке, медленно развариваются мясо и овощи. Жесткость питьевой воды по действующему стандарту должна быть не выше 7 мг-экв/л и лишь в особых случаях допускается до 10 мг-экв/л. Для производственных целей использование жесткой воды часто совсем недопустимо. Так, жесткая вода не пригодна для систем оборотного водоснабжения, для питания паровых котлов, для производства высокосортной целлюлозы, искусственного волокна и др.

Соединения азота и фосфора. Азот в воде может находиться в органических соединениях - белковых и небелковых и неорганических - в виде аммонийного, нитритного и нитратного.

Повышенное количество азота в природной воде в виде органических соединений или в аммонийной форме свидетельствует о загрязнении водоисточника сточными водами, как бытовыми, так и производственными. Наличие же окисленных форм азота, в особенности нитратов, позволяет говорить либо о ликвидации внесенного загрязнения, т.е. о закончившемся окислении аммонийных соединений, либо о неорганическом их происхождении, т.е. об отсутствии внешнего загрязнения вообще.

В речных водах содержание азота аммонийных солей колеблется от 0 до 1 мг/л в зависимости от степени ее загрязнённости и не должно превышать 10 мг/л (по азоту). Такой же предел установлен и для нитратов.

Фосфор в природной воде встречается в виде минеральных и органических соединений в растворенном, коллоидном и суспензированном состояниях.

Перманганатная окисляемость - обобщенный показатель, характеризующий содержание в воде легкоокисляемых органических и некоторых неорганических соединений (нитриты, сульфиты, железо двухвалентное). Под окисляемостью понимают количество кислорода, эквивалентное расходу перманганата калия.

Артезианские воды имеют обычно окисляемость, не превышающую 1-2 мг/л, тогда как в поверхностных водоисточниках ее значение может достигать 10-12 мг/л. Повышение окисляемости в водоисточнике служит показателем его загрязнения.

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

В открытых незагрязненных водоемах количество растворенного кислорода близко к насыщению и составляет 8-9 мг/л. Иногда фиксируются значения, превышающие предел насыщения при температуре определения, что свидетельствует о пересыщении воды кислородом, а также о присутствии его в воде в свободном, а не в растворенном состоянии. Количество кислорода в поверхностных источниках в верхних слоях выше, чем в глубинных, за счет усиленной поверхностной аэрации и интенсивно проходящих процессов фотосинтеза.

Сероводород содержится в некоторых подземных водах, а его присутствие в поверхностных водах свидетельствует о загрязнении источника сточными водами.

Соединения сероводорода в воде могут быть в виде молекулярно растворенного H 2 S, гидросульфидов HS - и сульфидов S 2- . Соотношение между различными формами зависит от рН. При наличии сероводорода и железа в воде образуется тонкодисперсный осадок сульфида железа FeS. Это явление можно иногда наблюдать в тупиковых участках водопроводной сети с малым обменом воды. В результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий сульфата переходят в сульфиды и реагируют с ионами железа.

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

Растворенные газы (O 2 , СО 2 , H 2 S) при определенных условиях способствуют развитию коррозии металлов и бетона.

Соединения фтора и иода. Содержанию этих соединений придается большое гигиеническое значение при характеристики природных и питьевых вод, поскольку как недостаток, так и избыток фтора и иода приводят к развитию ряда заболеваний. Оптимальная концентрация фтора в питьевой воде составляет 0,7-1,2 мг/л, предельно допустимая 1,5 мг/л. При избытке фтора в природной воде ее приходится обесфторивать, а при недостатке - фторировать. Суточная потребность организма человека в иоде составляет 0,003 мг.

Токсичные соединения. К числу токсичных веществ, присутствие которых в питьевой воде строго лимитируется, отнесены бериллий, молибден, мышьяк, свинец, селен, стронций, нитраты. Определение их в воде, как правило, производится в случаях, когда предполагается наличие этих веществ в воде водоисточника. Кроме того, установлены ПДК алюминия и полиакриламида, добавляемых к воде в процессе обработки.

Необходимо отметить, что при обнаружении в воде нескольких токсичных веществ или веществ нетоксичных, но влияющих на привкус воды, их суммарная концентрация, выражаемая в долях от нормативов ПДК, не должна быть больше 1. Расчет, соответствующий этому требованию, ведется по формуле

c 1 / C 1 + c 2 / C 2 + ... c n / C n ≤ 1

где c 1 , c 2 ... c n - обнаруженные в воде концентрации, мг/л; C 1 , C 2 ... C n - установленные ПДК, мг/л.

Санитарно-бактериологические и гидробиологические показатели. Микронаселение природных вод чрезвычайно разнообразно. Его качественный и количественный состав определяется в первую очередь составом воды. Для глубоко залегающих, очень чистых артезианских вод характерно почти полное отсутствие бактерий вследствие защищенности водоносного слоя от контакта с лежащими выше горизонтами.

Особенностью состава воды открытых водоемов является изменение его по сезонам года, сопровождающееся изменениями в количестве и видовом разнообразии микронаселения. Бактериальная загрязненность поверхностных источников обусловлена, главным образом, поступлением в водоемы поверхностного стока, содержащего органические, минеральные вещества и микроорганизмы, смываемые с площади водосбора, и сточных вод.

С позиций санитарной микробиологии оценка качества воды проводится с целью определения ее санитарно-эпидемиологической опасности или безопасности для здоровья человека. Вода играет важную роль в передаче возбудителей многих инфекций, главным образом кишечных. Патогенные микроорганизмы попадают в воду с выделениями людей и животных, при стирке белья, водопое скота. Через воду получают распространение брюшной тиф, дизентерия, холера, инфекционный гепатит и т.д.

Прямое количественное определение возбудителей всех инфекций для контроля за качеством воды неосуществимо в связи с многообразием их видов и трудоемкостью анализа. В практической санитарной микробиологии поэтому прибегают к косвенным методам, позволяющим определить потенциальную возможность заражения воды патогенными микроорганизмами.

Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух основных показателей, микробного числа и числа бактерий группы Coli.

Первый показатель дает представление об общей обсемененности воды аэробными сапрофитами, поэтому часто называется общим счетом аэробных сапрофитов или (кратко) общим счетом. Микробное число определяют методом посева на стандартную среду - мясопептонный агар (МПА).

Аэробные сапрофита составляют только часть общего числа микробов в воде, но являются важным санитарным показателем качества воды, так как между степенью загрязнения ее органическими веществами и микробным числом существует прямая зависимость. Кроме того, полагают, что чем выше микробное число, тем больше вероятность присутствия в воде патогенных микроорганизмов. Микробное число водопроводной воды не должно превышать 100. В природных водах этот показатель изменяется в очень широких пределах для разных водоемов и по сезонам года для одного и того же водоема. В чистых водоемах число аэробных сапрофитов может исчисляться десятками или сотнями, а в загрязненных и грязных водоемах составлять десятки тысяч и миллионы.

По второму показателю - числу бактерий группы Coli (кишечная палочка) оценивают возможное присутствие в воде патогенных микроорганизмов.

Бактерии группы Coli относятся к семейству энтеробактерий. Это неспороносные палочки, факультативные анаэробы, сбраживающие лактозу и глюкозу при температуре 37°С с образованием кислоты и газа и не обладающие оксидазной активностью. Они являются постоянными обитателями кишечника человека и животных; постоянно и в большом числе выделяются во внешнюю среду; дольше, чем патогенные микроорганизмы, сохраняют жизнеспособность в этой среде; более устойчивы к действию хлора, чем возбудители большинства инфекций. Именно эти свойства бактерий группы Coli обусловили возможность их использования в качестве санитарно-показательных микроорганизмов. Наличие коли- форм в воде говорит о ее фекальном загрязнении, а их число позволяет судить о степени этого загрязнения. Для количественного определения коли-форм применяют фуксин-сульфитный агар (среда Эндо).

Анализ водопроводной и чистой природной воды проводят после предварительного концентрирования воды на мембранных фильтрах. Результаты выражают в виде коли-индекса - числа бактерий в 1 л воды. Иногда делают пересчет, определяя коли-титр - наименьший объем воды (в мл), содержащий одну кишечную палочку. Коли-титр = 1000/коли-индекс.

Коли-индекс водопроводной воды должен быть не более 3. Допустимый коли-индекс воды источников водоснабжения зависит от предполагаемого способа очистки. Если намечается только хлорирование воды, то кали-индекс воды в источнике не должен превышать 1000; при полной очистке воды - 10 000.

В особых условиях по санитарно-эпидемиологическим показателям прибегают к определению в воде энтерококков, энтеровирусов, сальмонелл и проводят исследования воды на патогенную микрофлору.

Поверхностные источники водоснабжения помимо санитарно-бактериологических тестов характеризуются также данными гидробиологических наблюдений. Микро-скопированием пробы воды определяется число клеток фито- и зоопланктона. Эти показатели существенно изменяются по сезонам - как по количеству организмов, так и по их видовому разнообразию.

В весенне-летний период интенсивного развития водорослей (цветения водоема) содержание фитопланктона в поверхностных водах может достигать 50 тыс. клеток в 1 мл. 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. Число организмов зоопланктона обычно выражают числом экземпляров в 1 м 3 воды. В воде источников встречаются также организмы, видимые невооруженным глазом. Их число оценивают числом экземпляров в 1 м 3 . Для рек средней полосы европейской части нашей страны концентрация зоопланктона составляет 100 - 10 000 экз. в 1 м 3 воды. Обычно их в несколько раз меньше, чем организмов зоопланктона.

В питьевой воде планктонные организмы, так же как организмы, видимые невооруженным глазом, должны отсутствовать.

Минерализация

Суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ; обычно выражается в мг/дм 3 (до 1000 мг/дм 3) и ‰ (более 1000 мг/дм 3).

Многие производства, сельское хозяйство, предприятия питьевого водоснабжения предъявляют определенные требования к качеству вод, в частности, к минерализации, так как воды, содержащие большое количество солей, отрицательно влияют на растительные и животные организмы, технологию производства и качество продукции, вызывают образование накипи на стенках котлов, коррозию, засоление почв.

Классификация природных вод по минерализации .

	Минерализация, г/дм 3
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
Воды повышенной солености	10 - 35
Рассолы	> 35

Электропроводность

Электропроводность - это численное выражение способности водного раствора проводить электрический ток. Электрическая проводимость природной воды зависит в основном от концентрации растворенных минеральных солей и температуры. Природные воды представляют в основном растворы смесей сильных электролитов. Минеральную часть воды составляют ионы Na + , K + , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- , HCO 3 - . Этими ионами и обуславливается электропроводность природных вод. Присутствие других ионов, например, Fe 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Al 3+ , NO 3 - , HPO 4 -, H 2 PO 4 - не сильно влияет на электропроводность, если эти ионы не содержатся в воде в значительных количествах (например, ниже выпусков производственных или хозяйственно-бытовых сточных вод). По значениям электропроводности природной воды можно приближенно судить о минерализации воды с помощью предварительно установленных зависимостей.

Затруднения, возникающие при оценке суммарного содержания минеральных веществ (минерализации) по удельной электропроводности связаны с:

1. неодинаковой удельной электропроводимостью растворов различных солей;

2. повышением электропроводимости с увеличением температуры.

Величина удельной электропроводности служит приблизительным показателем их суммарной концентрации электролитов, главным образом, неорганических, и используется в программах наблюдений за состоянием водной среды для оценки минерализации вод. Удельная электропроводность - удобный суммарный индикаторный показатель антропогенного воздействия.

Температура

Температура воды в водоеме является результатом нескольких одновременно протекающих процессов, таких как солнечная радиация, испарение, теплообмен с атмосферой, перенос тепла течениями, турбулентным перемешиванием вод и др. Обычно прогревание воды происходит сверху вниз. Годовой и суточный ход температуры воды на поверхности и глубинах определяется количеством тепла, поступающего на поверхность, а также интенсивностью и глубиной перемешивания. Суточные колебания температуры могут составлять несколько градусов и обычно проникают на небольшую глубину. На мелководье амплитуда колебаний температуры воды близка к перепаду температуры воздуха.

Температура воды - важнейший фактор, влияющий на протекающие в водоеме физические, химические, биохимические и биологические процессы, от которого в значительной мере зависят кислородный режим и интенсивность процессов самоочищения. Значения температуры используют для вычисления степени насыщения воды кислородом, различных форм щелочности, состояния карбонатно-кальциевой системы, при многих гидрохимических, гидробиологических, особенно лимнологических исследованиях, при изучении тепловых загрязнений.

Взвешенные вещества (грубодисперсные примеси)

Взвешенные твердые вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и других микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и с режимом стока и зависит от таяния снега, пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п.

Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, растворенные компоненты поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям.

Определение количества взвешенных частиц важно проводить при контроле процессов биологической и физико-химической обработки сточных вод и при оценке состояния природных водоемов.

Грубодисперсные примеси определяют гравиметрическим методом после их отделения путем фильтрования через фильтр "синяя лента" (преимущественно для проб с прозрачностью менее 10 см).

Органолептические наблюдения

Метод определения состояния водного объекта путем непосредственного осмотра его. При органолептических наблюдениях особое внимание обращают на явления, необычные для данного водоема или водотока и часто свидетельствующие о его загрязнении: гибель рыбы и других водных организмов, растений, выделение пузырьков газа из донных отложений, появление повышенной мутности, посторонних окрасок, запаха, цветения воды, нефтяной пленки и пр.

Запах

Свойство воды вызывать у человека и животных специфическое раздражение слизистой оболочки носовых ходов. Запах воды характеризуется видами запаха и интенсивностью запаха . Интенсивность запаха воды измеряется в баллах. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

На запах воды оказывают влияние состав веществ, температура, значения рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д.

Сокращение	классификация запаха	примеры или возможный источник происхождения запаха
А	ароматный или пряный	камфара, гвоздика, лаванда, лимон
Ае	огуречный	Senura
B	бальзамический или цветочный	герань, ирис, ваниль
Bg	гераниевый	Asterionella
Bn	настурциевый	Aphanizomaenon
	сладковатый	Coelosphaerium
	фиалковый	Mallomonas
C	химический	промышленные сточные воды или химическая обработка
Со	хлорный	свободный хлор
Ch	углеводородный	стоки нефтеочистительных заводов
Сm	лекарственный	фенолы и иодоформ
D	неприятный или сильно выраженный неприятный	сероводород
Df	рыбный	Uroglenopis and Dinobryon
Dp	навозный	Anabaena
Dз	гнилостный	застоявшиеся сточные воды
Е	землистый	сырая земля
G	торфяной	торф
	травянистый	лежалая трава
М	затхлый	преющая солома
Mm	плесневый	сырой подвал
V	овощной	корни овощей

Определение интенсивности запаха воды

интенсивность запаха, балл	характеристика	появление запаха
0	никакого запаха	отсутствие ощутимого запаха
I	очень слабый	запах, не замечаемый потребителем, но обнаруживаемый специалистом
II	слабый	запах, обнаруживаемый потребителем, если обратить на это внимание
III	заметный	запах, легко обнаруживаемый, может быть причиной того, что вода неприятна для питья
IV	отчетливый	запах, обращающий на себя внимание; может заставить воздержаться от питья
V	очень сильный	запах, настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Мутность

Мутность природных вод вызвана присутствием тонкодисперсных примесей, обусловленных нерастворимыми или коллоидными неорганическими и органическими веществами различного происхождения. Качественное определение проводят описательно: слабая опалесценция, опалесценция, слабая, заметная и сильная муть.

Мутность воды определяют турбидиметрически (по ослаблению проходящего через пробу света). Турбидиметрическое определение предназначено для вод, имеющих переменчивый состав и форму тонкодисперсных примесей. Без предварительного фильтрования пробы турбидиметрически будут определяться не только коллоидные, но и более грубодисперсные частицы.

Цветность

Показатель качества воды, характеризующий интенсивность окраски воды и обусловленный содержанием окрашенных соединений; выражается в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Определяется путем сравнения окраски испытуемой воды с эталонами.

Цветность природных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Количество этих веществ зависит от геологических условий, водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Cточные воды некоторых предприятий также могут создавать довольно интенсивную окраску воды.

Различают "истинный цвет", обусловленный только растворенными веществами, и "кажущийся" цвет, вызванный присутствием в воде коллоидных и взвешенных частиц, соотношения между которыми в значительной мере определяются величиной pH.

Высокая цветность воды ухудшает ее органолептические свойства и оказывает отрицательное влияние на развитие водных растительных и животных организмов в результате резкого снижения концентрации растворенного кислорода в воде, который расходуется на окисление соединений железа и гумусовых веществ.

Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, т.е. содержанием в них различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Воду в зависимости от степени прозрачности условно подразделяют на прозрачную, слабоопалесцирующую, опалесцирующую, слегка мутную, мутную, сильно мутную. Мерой прозрачности служит высота столба воды, при которой можно наблюдать опускаемую в водоем белую пластину определенных размеров (диск Секки) или различать на белой бумаге шрифт определенного размера и типа (как правило, шрифт средней жирности высотой 3.5 мм). Результаты выражаются в сантиметрах с указанием способа измерения.

Ослабление в мутной воде интенсивности света с глубиной приводит к большему поглощению солнечной энергии вблизи поверхности. Появление более теплой воды у поверхности уменьшает перенос кислорода из воздуха в воду, снижает плотность воды, стабилизирует стратификацию. Уменьшение потока света также снижает эффективность фотосинтеза и биологическую продуктивность водоема.

Определение прозрачности воды - обязательный компонент программ наблюдений за состоянием водных объектов. Увеличение количества грубодисперсных примесей и мутности характерно для загрязненных и эвтрофных водоемов.

Водородный показатель рН

CO 2 + H 2 0 <---> H + + HCO 3 - <---> 2 H + + CO 3 2-

Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:
pH = - lg .
Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения pH тесно связаны с процессами фотосинтеза (из-за потребления CO 2 водной растительностью). 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:

Fe 2+ + 2H 2 O --> Fe(OH) 2 + 2H +

Значение pH в речных водах обычно варьирует 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 pH для большинства речных вод составляет 6.8-7.4, летом 7.4-8.2. pH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6.5-8.5.

pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса их закисления:

1. на первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н +). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0.1 моль/дм 3 .

2. на второй стадии закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5.5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

3. на третьем этапе закисления рН водоемов стабилизируется на значениях рН<5 (обычно рН=4.5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоемах и почвенном слое.

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

сильнокислые воды	рН < 3	результат гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)
кислые воды	рН = 3...5	поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ
слабокислые воды	рН = 5...6.5	присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)
нейтральные воды	рН = 6.5...7.5	наличие в водах Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2
слабощелочные воды	рН = 7.5...8.5	то же
щелочные воды	рН = 8.5...9.5	присутствие Na 2 CO 3 или NaHCO 3
сильнощелочные воды	рН > 9.5	то же

Окислительно-восстановительный потенциал (Eh)

Мера химической активности элементов или их соединений в обратимых химических процессах, связанных с изменением заряда ионов в растворах. Значения окислительно-восстановительных потенциалов выражаются в вольтах (милливольтах). Окислительно-восстановительный потенциал любой обратимой системы определяется по формуле
Eh = E 0 + (0.0581/n) lg(Ox/Red) при t = 20°С
где Eh — окислительно-восстановительный потенциал среды;
E 0 — нормальный окислительно-восстановительный потенциал, при
котором концентрации окисленной и восстановленной форм равны
между собой;
Ox — концентрация окисленной формы;
Red — концентрация восстановленной формы;
n — число электронов, принимающих участие в процессе.

Изучение редокс-потенциала позволяет выявить природные среды, в которых возможно существование химических элементов с переменной валентностью в определенной форме, а также выделить условия, при которых возможна миграция металлов.

Различают несколько основных типов геохимических обстановок в природных водах:

1. oкислительную - характеризуемую значениями Еh > + (100 - 150) мВ, присутствием свобоного кислорода, а также целого рядаэлементов в высшей форме своей валентности (Fe 3+ , Mo 6+ , As 5- , V 5+ , U 6+ , Sr 4+ , Cu 2+ , Pb 2+);

2. переходную окислительно-восстановительную - определяемую величинами Еh + (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. восстановиельную - характеризуемую значениями Еh < 0. В подземных водах присутствуют металлы низких степеней валентности (Fe 2+ , Mn 2+ , Mo 4+ , V 4+ , U 4+), а также сероводород.

Еh и рН взаимосвязаны.

Кислотность

Кислотностью называют содержание в воде веществ, вступающих в реакцию с гидроксил-ионами. Расход гидроксида отражает общую кислотность воды. 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.

В загрязненных водоемах может содержаться большое количество сильных кислот или их солей за счет сброса промышленных сточных вод. В этих случаях pH может быть ниже 4.5. Часть общей кислотности, снижающей pH до величин <4.5, называется свободной.

Щелочность

Под щелочностью природных или очищенных вод понимают способность некоторых их компонентов связывать эквивалентное количество сильных кислот. Щелочность обусловлена наличием в воде анионов слабых кислот (карбонатов, гидрокарбонатов, силикатов, боратов, сульфитов, гидросульфитов, сульфидов, гидросульфидов, анионов гуминовых кислот, фосфатов) - их сумма называется общей щелочностью . Ввиду незначительной концентрации трех последних ионов общая щелочность воды обычно определяется только анионами угольной кислоты (карбонатная щелочность). Анионы, гидролизуясь, образуют гидроксильные ионы:

CO 3 2- + H 2 O <---> HCO 3 - + OH - ;
HCO 3 - + H 2 O <---> H 2 CO 3 + OH - .

Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимой для нейтрализации 1 дм 3 воды. Щелочность большинства природных вод определяется только гидрокарбонатами кальция и магния, pH этих вод не превышает 8.3.

Определение щелочности полезно при дозировании химических веществ, необходимых при обработке вод для водоснабжения, а также при реагентной очистке некоторых сточных вод. Определение щелочности при избыточных концентрациях щелочноземельных металлов важно при установлении пригодности воды для ирригации. Вместе со значениями рН щелочность воды служит для расчета содержания карбонатов и баланса угольной кислоты в воде.

Степень насыщения кислородом

Относительное содержание кислорода в воде, выраженное в процентах его нормального содержания. Зависит от температуры воды, атмосферного давления и солености. Вычисляется по формуле

M = (a *101308*100)/NP ,

где М — степень насыщения воды кислородом, %;
а — концентрация кислорода, мг/дм 3 ;
Р — атмосферное давление в данной местности, Па.
N — нормальная концентрация кислорода при данной температуре,
минерализации (солености) и общем давлении 101308 Па.

Жесткость

Жесткость воды представляет собой свойство природной воды, зависящее от наличия в ней главным образом растворенных солей кальция и магния. Суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью . Общая жесткость подразделяется на карбонатную , обусловленную концентрацией гидрокарбонатов (и карбонатов при рН>8.3) солей кальция и магния, и некарбонатную - концентрацию в воде кальциевых и магниевых солей сильных кислот. Поскольку при кипячении воды гидрокарбонаты переходят в карбонаты, которые выпадают в осадок, карбонатную жесткость называют временной или устранимой . Остающаяся после кипячения жесткость называется постоянной. Результаты определения жесткости обычно выражают в мг-экв/дм 3 .

В естественных условиях ионы кальция, магния и других щелочноземельных металлов, обуславливающих жесткость, поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с карбонатными минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных пород. Источником этих ионов являются также микробиологические процессы, протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные воды различных предприятий.

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 3). Жесткость поверхностных вод подвержена заметным сезонным колебаниям, достигая обычно наибольшего значения в конце зимы и наименьшего в период половодья.

Высокая жесткость ухудшает органолептические свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая действие на органы пищеварения.

Окисляемость: перманганатная и бихроматная (ХПК)

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды.

Выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм 3 воды.

Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностным и подземным стоком, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко - и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.

В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб.

Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными (десятые и сотые доли миллиграмма на 1 дм 3), исключение представляют воды нефтяных месторождений и грунтовые воды, питающиеся за счет болот. Горные реки и озера характеризуются окисляемостью 2-3 мг О/дм 3 , реки равнинные — 5-12 мг О /дм 3 , реки с болотным питанием — десятки миллиграммов на 1 дм 3 .

Окисляемость незагрязненных поверхностных вод проявляет довольно отчетливую физико-географическую зональность.

Физико-географическая зональность природных вод

Окисляемость	мгО/л	Зона
Очень малая	0 - 2	Высокогорье
Малая	2 - 5	Горные районы
Средняя	5 - 10	Зоны широколиственных лесов, степи, полупустыни и пустыни, а также тундра
Повышенная	15 - 20	Северная и южная тайга

Окисляемость подвержена закономерным сезонным колебаниям. Их характер определяется, с одной стороны, гидрологическим режимом и зависящим от него поступлением органических веществ с водосбора и, с другой,- гидробиологическим режимом.

В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость ; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК) .

В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержания органического вещества в пробе, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока.

Для вычисления концентрации углерода, содержащегося в органических веществах значение ХПК (мг/дм 3) умножается на 0.375 (коэффициент, равный отношению количества вещества эквивалента углерода к количеству вещества эквивалента кислорода).

Биохимическое потребление кислорода (БПК)

Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся ("биологически мягким") веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются "биологически жесткие" вещества гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др.

БПК 5

В лабораторных условиях наряду с БПК полн. определяется БПК 5 - биохимическая потребность в кислороде за 5 суток.

Сезонные изменения зависят в основном от изменения температуры и от исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2-3 раза при повышении температуры на 10 o C. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс биохимического потребления кислорода связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой кислородный оптимум для развития в целом и для физиологической и биохимической активности.

Суточные колебания величин БПК 5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2.5 мг/дм 3 в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения величин БПК 5 в зависимости от степени загрязненности водоемов.

Величины БПК 5 в водоемах с различной степенью загрязненности .

Степень загрязнения (классы водоемов)	БПК 5
Очень чистые	0.5 - 1.0
Чистые	1.1 - 1.9
Умеренно загрязненные	2.0 - 2.9
Загрязненные	3.0 - 3.9
Грязные	4.0 - 10.0
Очень грязные	> 10.0

Для водоемов, загрязненных преимущественно хозяйственно-бытовыми сточными водами, БПК 5 составляет обычно около 70% БПК полн. .

Определение БПК 5 в поверхностных водах используется с целью оценки содержания биохимически окисляемых органических веществ, условий обитания гидробионтов и в качестве интегрального показателя загрязненности воды. Необходимо использовать величины БПК 5 при контролировании эффективности работы очистных сооружений.

БПК полн.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК полн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается.

Для бытовых сточных вод (без существенной примеси производственных) определяют БПК 20 , считая что эта величина близка к БПК полн.